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Chimie et Physico-chimie appliquées

L’union (des techniques d’investigation) fait la force

Les bruts pétroliers contiennent des composés asphalténiques qui leur confèrent des comportements particuliers. Ainsi, des caractéristiques déterminantes pour la facilité de production et de raffinage des bruts, comme la stabilité et la viscosité, dépendent de l’état d’organisation des asphaltènes (agrégation vs dispersion).

Ceci impacte notamment :

  • les propriétés de transport en milieu poreux (roches du sous-sol ou supports de catalyseur),
  • les phénomènes d’adsorption et la mouillabilité,
  • ainsi que la stabilisation d’émulsions ou de grains d’hydrates de gaz.

Le développement des procédés pétroliers nécessite de mieux connaître l’organisation de ces asphaltènes et leur mode d’agrégation en conditions opérationnelles.

Cette connaissance était jusqu’à présent limitée :

  • d’une part à cause de la diversité naturelle des bruts,
  • et d’autre part en raison du caractère parcellaire des informations accessibles au travers de chacune des techniques d’investigation employées.

Pour bâtir un modèle robuste, unifié et partagé par la communauté pétrolière décrivant le comportement des asphaltènes, IFPEN s’est associé à des équipes de renommée internationale, dans une démarche(1) qui intègre les observations de chacun des laboratoires impliqués, faites sur plusieurs produits, et la combinaison de techniques complémentaires d’analyse physico-chimique.

IFPEN a plus particulièrement apporté son savoir-faire en matière de diffusion de rayonnement et a ainsi contribué à préciser les différentes étapes d’agrégation des asphaltènes(2).

La modélisation descriptive qui résulte de ce travail collaboratif est schématisée sur la figure ci-dessous.

  • À l’échelle moléculaire, les espèces dominantes comportent des cycles aromatiques polycondensés entourés de chaînes alkyles.
  • Ces molécules s’associent pour former, à l’échelle de quelques nanomètres, des agrégats de 6 à 10 molécules.
  • À plus grande échelle, ces nanoagrégats se structurent eux-mêmes en clusters lâches et polydispersés.

Cette description multi-échelle constitue un outil essentiel pour comprendre et décrire les propriétés des fluides qui contiennent des asphaltènes.

 

Contact scientifique : loic.barre@ifpen.fr

Article paru dans Science@ifpen n° 17 - Juillet 2014

Publications

  • (1) O.C. Mullins, H. Sabbah, J. Eyssautier, A. E. Pomerantz, L. Barré, A. B. Andrews, Y. Ruiz-Morales, F. Mostowfi, R. McFarlane, L. Goual, R. Lepkowicz, T. Cooper, J. Orbulescu, R. M. Leblanc, J. Edwards, R. N. Zare, Advances in Asphaltene Science and the Yen-Mullins Model, Energy & Fuels, 2012, 26 (7), 3986–4003.
    >> DOI: 10.1021/ef300185p
  • (2) J. Eyssautier, P. Levitz, D. Espinat, J. Jestin, J. Gummel, I. Grillo, L. Barré, Insight into Asphaltene Nano-Aggregate Structure Inferred by Small Angle Neutron and X-Ray Scattering, J. Phys .Chem. B., 2011, 115, 6827–6837.
    >> DOI: 10.1021/jp111468d

 

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