Modèle numérique Système physique

Description du système

La description du système pris en compte et des phases et composants le constituant est la première étape. Le terme « phase » est utilisé afin d’identifier ce qui admet un état physique et une composition chimique homogène. Celui de « composant » désigne les constituants d’une phase. Le système étudié ici est composé de quatre phases (liquide, gaz, hydrate et solide) et de trois composants (eau, méthane et hydrate). Le système physique est une carotte sédimentaire partiellement saturée en hydrates de méthane. Une méthode de dissociation est appliquée à cette carotte sédimentaire (dépressurisation ou réchauffage) afin d’amorcer la dissociation des hydrates de méthane.

Ces deux méthodes sont étudiées afin de voir leur éventuelle influence sur la cinétique de dissociation et sur le taux de récupération du gaz. A la fois au début et pendant le phénomène de dissociation, l’eau et le méthane libre (sous forme gaz) sont présents et entraînent, engendrent un écoulement diphasique au sein du milieu poreux (matrice sédimentaire); des gradients de pression et de température peuvent apparaître et mettre en place un tel écoulement. La figure 4.1 donne une vision schématique du système physique et du phénomène de dissociation au cours duquel l’hydrate relâche une phase liquide et une gaz au cœur du sédiment.

Interactions

Nous venons de voir que le système était composé de trois phases, elles-mêmes composées de différents composants. Il est intéressant de voir de quelles façons ces phases vont interagir; pour cela, les hypothèses suivantes sont faites pour la composition des phases: • La phase hydrate est composée uniquement d’hydrate de méthane. • Le phénomène d’absorption d’un composant par la matrice solide est négligé, on considère que la matrice solide est inerte et ne participe pas au transfert de masse. • La phase gaz est uniquement composée de méthane. • La phase liquide est composée d’eau et de méthane dissout, bien que la concentration en méthane dans la phase liquide soit très faible, elle n’est pas négligée. Ces hypothèses permettent de schématiser graphiquement les différentes interactions existantes et importantes du système (figure 4.2)

Paramètres

Pour la mise en équations du système physique, deux types de variables sont à distinguer : les variables dites « primaires » qui permettent de décrire entièrement l’évolution du système et celles dites « secondaires » qui dépendent des premières. Le nombre et la nature des variables primaires peuvent évoluer dans le temps selon l’état du système (principalement selon les phases présentes). Ainsi, au cœur de la phase hydrate, quatre variables primaires sont nécessaires afin de décrire complètement le système (la température, la pression, les saturations en eau et en hydrate). Cependant, de nombreuses autres données et variables doivent être calculées ou estimées pour la prédiction de l’avancée du système.