Combustion en milieu poreux in situ: effets des hétérogénéités et changement d'échelle de systèmes réactifs – INSICOMB

L'étude de la combustion dans les milieux poreux a une longue histoire dans la littérature du point de vue du génie pétrolier. Avec la diminution des ressources en huiles dans la dernière décennie et une forte hausse du prix du baril, les ressources non conventionnelles ont rencontré un intérêt plus élevé parce qu'elles représentent dorénavant la principale partie des réserves existantes. L'une des difficultés importantes dans le transfert des résultats expérimentaux et théoriques que nous obtenons pour des systèmes naturels et donc à l’échelle applicative, résulte de la forme initiale du problème de combustion qui est très difficile à homogénéiser en raison de la non-linéarité des termes réactifs mais aussi des couplages forts existant à l'échelle locale entre transport de chaleur et de masse. Une autre partie de la difficulté d’un point de vue mécanique (relatif au transport d'espèces à l'échelle du champ) est l'énorme disparité entre les plus grandes et les plus petites échelles d’intérêt (de la combustion du grain au déplacement des phases à l'échelle du champ). Une méthode pour remédier à la disparité des échelles est de procéder à la mise à l’échelle des processus en cherchant seulement à maintenir les caractéristiques importantes de la physique ou des processus chimiques, exprimées aux plus petites échelles du problème, lorsqu'ils sont appliqués à la plus grande des échelles d'intérêts. Des études antérieures développées par Debenest (2003) et Elayeb (2008) et par nos équipes de recherche ont conduit à la détermination d’une banque de données thermochimiques que nous pouvons utiliser à plus grande échelle, mais sous certaines hypothèses simplificatrices (matériaux homogènes, pas de variations de densité, espèces diluées, stationnarité des cinétiques). Nous proposons dans ce projet de poursuivre cette approche de l'échelle des grains, à l'échelle du milieu poreux, en considérant un modèle cinétique plein et entier à la plus petite échelle ainsi que le couplage entre l'écoulement de fluide, le transport de soluté et le transport thermique, inhérent à toute situation de combustion in situ. Des études expérimentales de combustion dans un milieu poreux modèle seront effectuées et fourniront des données qui seront utilisées pour valider les développements théoriques. L'étape de modélisation sera réalisée à plusieurs échelles (du grain, des pores et l'échelle de Darcy), afin de mieux comprendre les phénomènes impliqués et comparer théorie et expérience. Finalement, une première tentative de comparaison des développements théoriques et des données de terrain à grande échelle sera réalisée à partir des expériences de tube à combustion faites à Albi.