Appareillage Système expérimental

Au cours de cette partie, le matériel utilisé, les matériaux choisis ainsi que les systèmes de mesures et de contrôles mis en place seront définis et justifiés. L’appareillage expérimental développé pour cette étude sera présenté avec toute sa partie instrumentation. Comme vu précédemment, de nombreuses techniques existent pour former des hydrates en phase bulk ou dans une matrice sédimentaire. On s’intéresse dans l’étude à la formation et à la dissociation d’hydrate de méthane au sein d’un sédiment. Ainsi, pour atteindre cet objectif, une méthode de formation d’hydrate à partir d’eau liquide est développée et mise en place. Les différents composants utilisés sont donnés dans ce paragraphe.  Le gaz utilisé dans cette étude est du méthane N35 (CH4) fourni par la société AIR LIQUIDE dont la pureté est supérieure à 99,9 % massique; les concentrations des impuretés dans le gaz sont données dans le tableau 6.1.  Le choix de la matrice ou des matrices sédimentaires utilisées dans cette étude est capital et doit s’adapter et prendre en compte les grandeurs que nous allons suivre et mesurer au cours des expériences. Les transferts de masse et de chaleur au sein de la matrice sédimentaire étant étudiés, et comme nous l’avons vu dans le chapitre sur la modélisation, la perméabilité du sédiment et sa conductivité thermique sont deux facteurs clés dans ces transferts. Ainsi, le choix de sédiments de différentes perméabilités et conductivités thermiques est intéressant ici et permettra d’obtenir des résultats complets et comparables avec ceux obtenus grâce au modèle numérique. Cinq populations de sédiment sont donc utilisées au cours des expériences. Tous ces sédiments sont considérés comme inertes chimiquement. Les caractéristiques de chacune de ces populations sont données dans ce paragraphe.

Sable russe

Ce sable nous a été fourni par le professeur Chuvilin E.M. (professeur à l’Université de Moscou) dans le cadre du projet INTAS (projet européen piloté par le professeur Kuhs W. de l’Université de Göttingen). Ce sable date de l’ère jurassique supérieure et a été trouvé dans la région de Moscou (Lubercy). Il est composé à plus de 90 % de quartz. Les grains de sable peuvent être considérés comme sphériques (images 6.1). Le diamètre moyen de cette population est de 255 µm (tableau 6.4) et la distribution en taille de grain admet un profil gaussien (figure 6.1). • Silice Cette population correspond à de la silice classiquement utilisée dans des sableuses pour nettoyer des matériaux. La distribution en tailles de grains est donnée sur la figure 6.1 et les diamètres médians dans le tableau 6.4. Ce sédiment est composé à plus de 90 % de silice et les grains sont de géométrie sphérique. • Microbilles de verre Ces microbilles de verre sont fournies par la société MINERALEX. Trois populations bien distinctes de ces microbilles sont utilisées. L’analyse chimique moyenne de ces microbilles est donnée dans le tableau 6.3. Elles sont de géométrie sphérique, d’une dureté de 6 mohs et de couleur blanche. Une mesure expérimentale de la densité volumique par pycnométrie a été effectuée pour ces différents types de sédiment (à l’aide d’un bécher, partiellement remplit de sédiment, que l’on remplit ensuite entièrement d’eau; la connaissance du volume du bécher, de la densité de l’eau et de la masse du bécher remplit permet d’obtenir une valeur expérimentale de la densité).

Les densités volumiques obtenues par cette méthode sont données dans le tableau 6.5. En ce qui concerne le sable russe et les microbilles de verre, les valeurs expérimentales sont bien en accord avec celles données par le fournisseur. Cette mesure expérimentale est effectuée à  La porosité d’un matériau sédimentaire est une donnée capitale pour les transferts de masse. (Bear. ,1972) donne la porosité de quelques matériaux sédimentaires (porosité comprise entre 30 et 40 % pour le sable et la silice). Afin d’obtenir une valeur plus précise pour la porosité des populations de grains utilisées, une mesure expérimentale simple est mise en place. Un volume donné (bécher) est remplit de sédiment ; de l’eau est ensuite délicatement versée à la surface du sédiment jusqu’à ce qu’il soit totalement saturé en eau (l’eau ne pénètre plus dans la matrice sédimentaire et reste à la surface de celle-ci). La mesure de la masse initiale du sédiment contenu dans le bécher puis de la masse du sédiment saturé en eau permet d’obtenir une mesure expérimentale de la porosité. Les résultats de cette mesure, effectuée à température ambiante, sont donnés dans le tableau 6.5. Ces résultats expérimentaux confirment bien ceux obtenus par (Bear. ,1972) et montrent une assez bonne uniformité de la porosité pour les populations de grains utilisées dans cette étude.