Mieux comprendre les propriétés des produits lourds

Les bruts lourds et les résidus pétroliers issus de distillations successives ont la particularité d'être concentrés en molécules lourdes et aromatiques, les asphaltènes. Leurs propriétés d'agrégation, complexes à modéliser, sont à l'origine de leur viscosité élevée et de leur faible mobilité dans les réseaux catalytiques.

Joëlle Eyssautier Doctorante Direction Chimie et Physico-Chimie appliquées	Loïc Barré Direction Chimie et Physico-Chimie appliquées loic.barre@ifpen.fr	Didier Espinat Directeur Expert Analyse caractérisation produits didier.espinat@ifpen.fr

Des mécanismes d'agrégation hiérarchisés régissent l'association des molécules d'asphaltènes. Les étapes de transport et de raffinage pourraient être mieux appréhendées par une description fine de ces mécanismes, notamment à l'échelle nanométrique.

À cette fin, IFPEN utilise la diffusion de rayonnement aux petits angles (neutrons, SANS et rayons X, SAXS), qui permet une observation des systèmes colloïdaux sur une échelle de taille étendue, allant du nanomètre au micron. En outre, chaque type de rayonnement “voit” la matière différemment, ce qui rend les techniques complémentaires. Ainsi, la combinaison de mesures SANS et SAXS sur les grands instruments (LLB, ILL, ESRF), associée à une variation des conditions expérimentales, ont permis d'identifier une organisation fine de la matière au travers de régions de compositions chimiques distinctes. Ces nanoagrégats d'asphaltènes sont représentés au mieux par une structure de disque fait d'un cœur dense, aromatique, entouré d'une couronne aliphatique. La taille moyenne avoisine les 32 Å de rayon, et l'agrégat s'apparente à un petit empilement de trois molécules aromatiques.

La connaissance de la structure à petite échelle de ces matériaux est la base de la description et de la modélisation de leurs fonctions. À partir de cette caractérisation, les mécanismes régissant la viscosité, le comportement en température et les propriétés de diffusion peuvent être expliqués.

Représentation schématique d'un nanoagrégat d'asphaltènes décrit par variation de contraste SANS et par SAXS.

Publications

• L. Barre, S. Simon, T. Palermo, Solution properties of asphaltenes, Langmuir, 24 (2008), p.3709–3717. DOI: 10.1021/la702611s
• J. Eyssautier, P. Levitz, D. Espinat, J. Jestin, J. Gummel, I. Grillo, L. Barré, Insight into Asphaltene Nanoaggregate Structure Inferred by Small Angle Neutron and X-ray Scattering, J. Phys. Chem. B, 115 (2011), p.6827–6837. DOI: 10.1021/jp111468d

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