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Thèse F. Pierre - 20 octobre

7 septembre

Écoulements de solutions de polymères en milieux poreux : liens entre physique à l’échelle des pores et comportement macroscopique

Soutenance de thèse Frédéric Pierre

Mardi 20 octobre 2017 à 10 h 00 - Amphithéâtre Nougaro

Résumé :
Dans le contexte des méthodes de récupération améliorée pour les gisements pétroliers, l’injection d’eau avec polymères fait partie des méthodes couramment utilisées, permettant d’augmenter l’efficacité du balayage et donc la production d’huile sur différents types de réservoirs. De part la rhéologie non-Newtonienne ainsi que les phénomènes particuliers proches de la paroi que développent les molécules de polymères, les fluides modélisés peuvent être qualifiés de complexes.

Lorsque de tels fluides s’écoulent dans un milieu poreux, à la complexité du fluide s’ajoute la spécificité de la structure poreuse, qui est souvent multi-échelle. Il émerge alors un grand nombre de problématiques liées à l’interaction entre le fluide et la structure poreuse. L’interprétation et la modélisation de la grande variété des phénomènes physiques à petite échelle ainsi que leurs répercussions à grande échelle soulèvent de nombreuses questions. L’objectif de cette thèse est d’étudier certains de ces phénomènes associés aux solutions de polymère (particulièrement l’impact de la rhéologie non-Newtonienne ainsi que le glissement à la paroi) et de les relier aux propriétés effectives macroscopiques. Pour cela, on simule numériquement les écoulements à travers des images tomographiques de milieux poreux, notamment issus de réservoirs pétroliers. Ainsi, on souhaite mieux cerner la physique qui est en jeu et également proposer des pistes d’amélioration des modèles empiriques actuellement implémentés dans les simulateurs de réservoirs.

Dans une première partie de ce travail de thèse, on s’intéresse à la transition du régime d’écoulement macroscopique, de Newtonien à non-Newtonien, induite par une solution de polymère. Par des simulations numériques de l’écoulement à travers un large panel de milieux poreux, on estime la vitesse moyenne de transition entre ces deux régimes. Une analyse de la mécanique de l’écoulement permet de proposer un modèle simple de la transition.

Ensuite, on étudie le glissement apparent induit par les molécules de polymère par un mécanisme de répulsion des chaînes de polymère à la paroi liquide/solide. On propose un modèle à l’échelle des pores de ce phénomène et, par des comparaisons avec des données expérimentales, on montre que ce modèle permet de retrouver avec une précision acceptable les comportements macroscopiques observés.

Enfin, on met en place une méthode de changement d’échelle qui permet de lier la phénoménologie micro- et macroscopique pour des fluides non-Newtoniens. En utilisant un modèle rhéologique représentatif d’une solution de polymère, cette méthode est appliquée à des milieux poreux complexes. On discute alors de la validité d’un modèle utilisé dans les simulateurs de réservoirs pétroliers actuels en clarifiant ses limites.

Mots-clés : polymère, non-Newtonien, milieux poreux, glissement, changement d’échelle.

JURY :

  • Philippe COUSSOT (Professeur à l’Ecole des Ponts Paris Tech)
  • William R. ROSSEN (Professeur à la Delft University of Technology)
  • Michel QUINTARD (Directeur de Recherche à l’Institut de Mécaniquedes fluides de Toulouse)
  • Yohan DAVIT (Chargé de Recherche à l’Institut de Mécanique des fluides de Toulouse)
  • Romain de LOUBENS (Ingénieur réservoir chez Total)
  • Danielle MOREL (Ingénieur réservoir chez Total)
  • Azita AHMADI-SENICHAULT (Professeur à l’Ecole Nationale Supérieure d’Arts et Métiers)