Projet ANR-11-JS09-0012 – WOLF : Mousse aqueuse chargée en huile
Programme : JCJC - SIMI 9 - Sciences de l'ingéniérie, matériaux, procédés énergie (JCJC SIMI 9) 2011
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Madame Elise LORENCEAU (CNRS DR Ile de France Secteur Est)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique
Montant : 160000.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 36 mois
Résumé : Les mousses liquides sont des matériaux riches d'applications. Le développement de nouvelles formulations leur a permis d'apparaître dans des secteurs stratégiques, comme celui de la sécurité, où elles sont utilisées pour déplacer des toxiques chimiques ou décontaminer des installations nucléaires. De par les nouvelles applications visées, les mousses liquides incorporent très souvent une nouvelle phase, qui peut être un liquide organique immiscible (de type huile généralement), dont l'interaction avec la mousse initiale doit être précisément contrôlée. Selon la formulation retenue pour la solution moussante, une même huile pourra détruire entièrement la mousse mise à son contact (action anti-moussante) ou au contraire s'incorporer sans dommage. C'est cette seconde possibilité qui permet, par exemple, à l'industrie pétrolière de déplacer et récupérer du pétrole par injection de mousse aqueuse dans le sous-sol.
Notre compréhension de l'interaction entre l'huile et la mousse initiale n'est que partielle et s'est construite exclusivement sur la notion de stabilité, en soulignant l'importance du concept de pression de disjonction. La mesure de cette pression permet de caractériser la stabilité intrinsèque des films mixtes - solution moussante/huile/air - qui sont formés lors de l'incorporation de l'huile, et donc de comprendre la stabilité ou la destruction de ce système complexe triphasique. En revanche rien n'est connu sur les autres aspects de l'interaction entre l'huile et la mousse : le mécanisme d'incorporation (ou d'ingestion) de l'huile par la mousse, qui semble intimement lié au morcellement de l'huile sous forme de globules ; le transport et la dispersion de la phase huile au sein de la mousse ; l'influence de l'huile sur le comportement macroscopique de la mousse initiale, sa rhéologie et sa dynamique de vieillissement entre autres. En se basant sur les connaissances les plus récentes sur la physique des mousses liquides et sur le transport particulaire en milieu confiné, le projet de travail proposé vise à apporter les éléments de compréhension et de modélisation manquants pour prédire, dans sa globalité, l'interaction entre une huile et une mousse aqueuse. L'étude se décompose en quatre tâches majeures :
(1) Comprendre et modéliser l'ingestion de l'huile par la mousse. Cette partie s'intéresse en particulier à la vitesse d'entrée de la phase huile et au mécanisme responsable de son morcellement sous forme de globules, ainsi qu'au transport de la phase huile au sein de la mousse. Les expériences seront réalisées aux échelles microscopique et macroscopique, ce qui permettra une confrontation rigoureuse aux résultats de simulation numérique et aux modèles théoriques développés dans le cadre de l'étude.
(2) Quantifier l'influence de l'huile sur les caractéristiques du vieillissement de la mousse. La présence de la phase huile entre les bulles peut induire de forts effets sur les cinétiques de drainage de la phase interstitielle et de mûrissement (l'échange de gaz inter-bulles), conduisant à des lois d'évolution spécifiques que nous tenterons d'établir par l'expérience, puis de modéliser pour fournir des outils prédictifs.
(3) Quantifier l'influence de l'huile sur les caractéristiques d'écoulement de la mousse. On s'intéressera à la rhéologie du système dont on attend une forte dépendance avec la concentration en huile incorporée. On s'attachera également à déterminer l'évolution de la morphologie de la phase huile lors d'un cisaillement imposé au système. La compréhension de l'effet du cisaillement sera facilitée par une expérimentation menée en rhéomètre conventionnel ainsi que dans un dispositif permettant de cisailler un cluster de bulles.
(4) Enfin, le problème complexe du déplacement, par la mousse, d'une huile mouillant une paroi solide (poreuse ou non) sera abordé expérimentalement et analysé avec les éléments issus des tâches précédentes. Cette tâche sera menée en collaboration avec l'IFP Energies Nouvelles.