Types de réactions

Grâce aux différents outils expérimentaux évoqués précédemment, de nombreux travaux ont permis de dégager quelques observations importantes sur les réactions chimiques qui se produisent pendant la combustion in-situ et leurs comportements. La démarche habituelle est de séparer les réactions en LTO

et HTO, séparation assez naturelle comme nous l’avons évoqué précédemment. 1.2.2.1 Réactions LTO

Les réactions LTO se produisent à une température inférieure à 350˚C. Dans la plupart des cas, elles produisent des composants oxygénés de type acides carboxyliques, aldéhydes, kétones, alcools et hypéroxydes [80] mais elles peuvent aussi produire des oxydes de carbone et de l’eau en petite quan- tité, comparé aux réactions HTO. Ces réactions peuvent être caractérisées comme des réactions d’ajout d’oxygène. En chimie organique, on nomme ces réactions "cool flames" [86] pour flammes froides et on explique ce phénomène par une multiplication de radicalisation et isomérisation [87].

Les huiles légères sont plus touchées par les LTO car elles contiennent une plus grande proportion de composants légers et ces mêmes composants sont les principaux protagonistes des réactions LTO. Elles sont très complexes et ne sont pas encore bien comprises. Les réactions LTO affectent l’huile en augmentant son point d’ébullition, sa viscosité et sa densité [88]. Pour ces raisons, on cherche à diminuer le poids de cette réaction par rapport aux réactions HTO. Cependant, étant le premier groupe de réactions exothermiques et se produisant à base température, elles facilitent la combustion et se trouve être un premier relais aux réactions HTO en phase d’allumage.

1.2.2.2 Réactions HTO et déposition du fuel

Les réactions HTO commencent au dessus de 350˚C. La transition entre les réactions LTO et HTO n’est pas nette. Entre ces deux réactions, le taux de consommation d’oxygène diminue, bien que la température augmente. Cette zone est due à une transition chimique entre le régime de basse température et un régime intermédiaire. L’équilibre de la réaction chimique d’addition d’oxygène se déplace vers une réaction produisant un radical moins réactif que ceux des réactions types flammes froides [87]. Par la suite, le régime basculera sur des réactions d’oxydation beaucoup plus réactives. Elles produisent essentiellement des oxydes de carbone et de l’eau.

Pendant ces réactions, la quantité de réactif qui brûle dépend de la quantité de fuel déposée. Dès 1958, Gates et Ramey [89] remarquent que la lithologie du réservoir est un paramètre important dans la déposition du fuel. Grâce à leurs expériences cinétiques Bousaid et Ramey (1968) [10] montrent que la quantité de fuel déposé s’accroît avec l’ajout d’argile à l’échantillon d’huile et de sable. La satura- tion initiale, la viscosité et la gravité API d’une huile sont aussi des facteurs d’influence [90]. En 1967, Poetmann et al. montrent que la surface effective du milieu poreux augmente la quantité de fuel déposé. Le mécanisme gérant la déposition du fuel n’a pas encore été clairement identifié de manière unanime. Bousaid et Ramey [10] considèrent que le fuel est un solide, ressemblant beaucoup au charbon, et qui serait le résultat de la pyrolyse de l’huile. D’autres chercheurs pensent que ce fuel est principalement constitué d’huile très peu volatile, qui serait le résidu des différentes distillations [91, 71]. Nous pensons qu’il est intéressant de considérer les deux points de vue sans information pouvant nous aiguiller vers l’une ou l’autre des visions. Plus généralement, beaucoup de paramètres comme l’ajout de sels métal- liques peuvent affecter le procédé de combustion in-situ [92] sans que l’on sache réellement comment ils interviennent dans les réactions chimiques.

1.2.2.3 Effets de l’eau sur les réactions chimiques

Parmi les effets cités précédemment, l’effet de l’eau sur le procédé a largement été étudié [80, 93] dans le but de mieux interpréter la combustion humide. On sait que l’eau, par rapport au cas sec, va pénaliser le dépot du fuel ce qui aura pour effet direct d’augmenter la vitesse du front de combustion et la quantité d’huile récupérée. Les différentes études sont majoritairement des études thermiques [85, 94] et se contentent de prendre en compte le rôle "thermique" de l’eau. Cependant, peu de travaux ont été publiés sur les effets de l’eau sur les réactions de combustion d’huiles lourdes. Lee and Noureldin [95] ont analysé les effets de la vapeur sur les réactions LTO d’une huile en observant les évolutions de la composition de l’échantillon et remarquent des changements dans les propriétés et la composition chimique de l’huile lourde. Quand les réactions de LTO se produisent en présence de vapeur d’eau, la quantité de tetrahydrofurane soluble (composé oxygéné) et de coke formé décroît fortement. En 1990, Urban et Udell [96], étudient les effets de la vapeur d’eau sur la combustion d’huile en présence de sable. Ils remarquent qu’en présence de vapeur d’eau, pendant les LTO, l’exothermicité est similaire mais la consommation d’oxygène est fortement réduite. Plus récemment, Bagci [97] a étudié la cinétique d’une huile dans le cas de la combustion humide. Il conclut que l’eau semble améliorer la combustion en augmentant la quantité de dioxyde de carbone au dépend du monoxyde de carbone. De plus, l’énergie d’activation et les ordres de réactions sont modifiés en considérant le problème cinétique tel que Fassihi et al. le décrivent [79].