Séparation membranaire et quantification des tensioactifs au sein d’un système modèle

Après avoir caractérisé le dispositif de séparation membranaire, nous nous intéressons désormais à valider le principe de la stratégie proposée dans le chapitre 1 partie 1.4.2. Pour rappel, cette approche consiste à effectuer une dilution des effluents de coreflood avec de l’eau afin de transférer tous les tensioactifs dans la phase aqueuse, puis à réaliser une séparation des deux phases présentes dans les effluents pour obtenir une phase aqueuse « propre » (sans huile) qui sera par la suite dosée afin de quantifier la concentration des tensioactifs. Dans ce chapitre, la stratégie sera évaluée avec un système modèle (eau/NaCl/SDBS/isobutanol/décane) conduisant à des microémulsions de type Winsor I ou à des microémulsions de type Winsor III suivant la salinité employée. Dans la suite, les résultats de séparation des deux phases et de quantification des tensioactifs de la phase aqueuse seront présentés avec deux types de puces de mélange et de dilution : le premier type est une puce contenant les chevrons décrits par Stroock et al. (cf. partie 1.5.1) et dont la fabrication est présentée dans le chapitre 2 (partie 2.2.4) ; et le deuxième type correspond à la même géométrie sans les chevrons. Il faut noter que le temps de contact (ou en d’autres termes la longueur, la largeur et la hauteur du mélangeur), entre l’émulsion et l’eau distillée de dilution, est approximativement le même dans les deux types de puce. Les chevrons occupent un volume supplémentaire de 700 nL, ce qui fait une différence de temps de contact comprise entre 0,25 et 2,5 secondes pour les débits utilisés lors de cette étude.

Montage avec puce de dilution et de mélange contenant les chevrons  

La première partie du montage comprend une puce microfluidique de type capillaires imbriqués qui permet de créer une émulsion directe de décane coloré avec du rouge organol, dans une solution aqueuse composée de 8 g/L de SDBS (tensioactif) et de chlorure de sodium à différentes salinités (5, 10 et 15 g/L, conduisant toutes à une microémulsion de type WI à l’équilibre) et de l’isobutanol. Le débit d’injection de la phase aqueuse est toujours deux fois supérieur au débit d’injection de la phase organique (Tableau 9). Les émulsions créées sont injectées dans une deuxième puce microfluidique servant à effectuer la dilution et le mélange des phases en vue d’accélérer le transfert des espèces chimiques et donc l’atteinte de l’équilibre des phases. Dans cette puce, les émulsions sont diluées avec de l’eau distillée à un débit d’injection égal au débit d’injection de la phase aqueuse dans les capillaires imbriqués (Tableau 9). Ainsi, le facteur de dilution de la salinité est de 2 (Tableau 10).

Ensuite, les deux fluides sont mélangés via le mélangeur à chevrons. La dilution permet de diminuer la salinité, ce qui favorise le transfert des tensioactifs en phase aqueuse et l’obtention d’une émulsion du type Winsor I (huile dans eau ou H/E) avec une tension interfaciale eau/huile plus élevée que l’émulsion initiale. Le mélangeur, quant à lui, augmente la surface de contact entre l’eau et le décane et induit de la convection, ce qui accélère le passage des tensioactifs dans l’eau. Par la suite, l’émulsion ainsi obtenue est injectée dans le dispositif de séparation membranaire qui permet la séparation de la phase aqueuse et de la phase organique (comme démontré dans le chapitre 3). Les fluides récupérés en sortie 1 et sortie 2 sont récoltés dans des flacons comme il est possible de le voir sur la Figure 111. Et finalement, la concentration en SDBS présente dans les phases aqueuses de chacune des sorties 1 et 2 est dosée par une titration potentiométrique à la hyamine. 2,5 mL/h avec une salinité de 2,5 g/L), une phase aqueuse d’une coloration rose est récupérée en sortie 2 et deux phases sont collectées en sortie 1 : une phase aqueuse trouble de couleur rose, qui se clarifie avec le temps, et une phase organique. Dans le cas du débit de 2,5 mL/h et de la salinité 2,5 g/L, une phase aqueuse est récupérée en sortie 2 et une phase organique rouge en sortie 1, cette phase étant le décane coloré à l’aide du rouge organol.