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Ecoulements diphasiques à faible nombre capillaire dans des milieux hétérogènes.

Hugues Bodiguel Laboratoire du Futur, Pessac

Lors de ce séminaire, je présenterai des travaux expérimentaux récents qui visent à décrire et comprendre les écoulements diphasiques (principalement eau/huile) dans des milieux hétérogènes : des surfaces hétérogènes de part leur propriétés de mouillage, ou des micromodèles de milieux poreux, où les hétérogénéités sont géométriques. Nous nous restreignons à des régimes à faible nombre de Reynolds et à faible nombre capillaire. Il s’agit donc de régimes d’écoulements gouvernés par la capillarité et la dissipation visqueuse. Ces études ont des applications potentielles dans le domaine de la récupération des hydrocarbures, mais visent plus généralement à une meilleure prise en compte des phénomènes associés à la capillarité et au mouillage dans des milieux poreux. Dans une première partie, jemontrerai une réalisation expérimentale de surfaces texturées. Ces surfaces sont utilisées en cellule de Hele-Shaw, ce qui permet de créer une succession de zones hydrophiles et hydrophobes. Nous montrons qu’il est possible à faible nombre capillaire d’observer des transition morphologiques. De l’huile (respectivement de l’eau) peut être piégée dynamiquement dans les zones hydrophobes (respectivement hydrophiles). Un exemple de ce piégeage est illustré sur la Figure 1. Ce phénomène est étudié en fonction des vitesses d’écoulement et des caractéristiques géométriques et physicochimiques des hétérogénéités.Dans une secondepartie, nous nous intéresserons à des puces micro_uidiques qui visent à modéliser expérimentalement un milieu poreux. L’étude des écoulements diphasiques dans un tel système est particulièrement intéressant puisqu’il permet de visualiser directement les saturations des phases et les différentes instabilités capillaires qui interviennent en milieux poreux, et de les caractériser quantitativement. Nous observons principalement de la digitation capillaire à faible vitesse lorsqu’on cherche à envahir le milieu avec un fluide non-mouillant (voir Fig. 2). Nous posons la question de l’influence des propriétés de mouillage sur les régimes d’écoulements et des saturations résiduelles.

Fig. 1 Image d’un ménisque eau/huile.
L’eau (en gris foncé, en haut) est bloquée
par une bande hydrophobe perpendiculaire
à l’écoulement puis envahit une zone hydrophile.

Fig. 2 Image de l’envahissement par de
l’eau (en gris foncé) d’un réseau de microcanaux
hydrophobes à très bas nombre capillaire.