Electro-coalescence de gouttelettes d’eau dans un liquide isolant

L’électrocoalescence peut être mis en œuvre pour améliorer la desémulsification du mélange eau-pétrole après son extraction ou une phase de traitement, ou de façon plus générale pour associer des gouttelettes de liquides conducteurs dans un liquide isolant. L’application d'un champ électrique permet l'attraction entre gouttes proches et leur fusion. Les forces hydrodynamiques et électriques mises en jeu, classiques pour des gouttes assez éloignées (modèles dipole-dipole électrique ou forces de trainée visqueuse), sont en revanche en interactions fortes et complexes lorsque la distance entre gouttelettes devient faible et se combinent aux forces de surfaces entre les deux fluides. L’efficacité du procédé est ainsi très largement dépendante de la composition et du comportement physico-chimique des fluides en présence et la compréhension complète des phénomènes mis en jeu et de leurs conséquences est loin d’être acquise. Les études réalisées dans l’équipe ont pour objectif final l'optimisation du procédé d'électrocoalescence pour les émulsions eau-pétrole brut. Nous travaillons sur l’injection contrôlée de paires de très petites gouttelettes d’eau  (25 à 250 microns) dans une huile modèle contenant éventuellement des additifs tensioactifs, et nous analysons les conditions de leur coalescence sous champs électriques DC ou AC. La constitution d’une banque de données expérimentales permet notamment la comparaison et la validation de modèles de simulation numérique.

 
Montage expérimental : deux gouttelettes d’eau d’environ 100 microns de diamètre sont extraites d’une aiguille et tombent lentement dans l’huile de la cuve. Un champ électrique vertical est généré en appliquant  une tension de quelques kV. Plusieurs axes de visualisation permettent de suivre les trajectoire des gouttelettes

 
Simulation de la chute et de l’attraction des gouttelettes (calculs couplés d’écoulements et de champ électrique, en maillage déformable, avec Comsol multiphysics®)