Ultracentrifugation has been used to produce asphaltene fractions of reduced polydispersity. The structure of these asphaltene fraction solutions has been investigated using viscosity and X-ray scattering (SAXS) measurements as a function of concentration. The relative viscosities of the solutions were found to be fraction-dependent: intrinsic viscosities, radii of gyration, and second viriel coefficients followed a power law with molar mass Mw. A flat disc model succeeded in describing scattering data but failed to take viscosity data into account. By contrast, a fractal model has been found to be consistent with dependence of all measured parameters. Asphaltene-in-toluene solutions were found to form nanometric mass fractal aggregates of fractal dimension 2.1, which in consequence trapped solvent. When, instead of concentration, effective volume fractions are used, the relative viscosities of fractions merge on a master curve which can be fitted by a hard sphere model. In addition, the reduced osmotic moduli deduced from scattering measurements of the different solutions, when expressed as a function of a concentration adimensional parameter, merge again on a master curve which is in accordance with the hard sphere behavior. The viscosities of solutions can be fully predicted from structure considerations if the ratio of hydrodynamic to gyration radius is taken as 0.6. This ratio is found consistent with the fractal description of the aggregates.

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Résumé -Étude de la rhéologie et des propriétés d'écoulement de suspensions d'hydrate de gaz -La production d'effluents en offshore profond pose un problème important de formation de particules d'hydrate de gaz. En effet, celles-ci peuvent conduire à un bouchage des lignes. Il est primordial de maîtriser cet aspect pour produire ces champs par grande profondeur d'eau. L'article présente différentes actions originales de l'IFP sur le contrôle des écoulements d'hydrate de gaz. Les développements d'additifs « antiagglomérant » ou la présence de tensioactifs naturels permettant de maintenir une dispersion des cristaux d'hydrate sont très prometteurs pour les champs complexes où les techniques classiques de prévention, comme l'isolation ou l'injection de méthanol, deviennent très difficiles. L'apparition de particules solides dans la phase liquide modifie les conditions d'écoulement. La perte de charge est contrôlée d'une part par le coefficient de friction pour les écoulements turbulents et par la viscosité apparente de la suspension pour le régime laminaire. Dans une première partie, les propriétés rhéologiques des suspensions d'hydrate sont analysées en fonction de la phase huile. Des expériences en boucle d'écoulement permettent, dans une seconde partie, d'examiner l'effet des particules d'hydrate sur le coefficient de frottement turbulent. L'effet dû à la présence de particules d'hydrate est analysé en termes de comportement rhéologique du système en régime laminaire et en termes de modification du coefficient de frottement en régime turbulent. Abstract -Rheological and Flow Properties of Gas Hydrate Suspensions

Résumé -Relation entre nanostructure des agrégats d'asphaltène et les propriétés macroscopiques de leur solution -Certaines propriétés particulières de bruts pétroliers sont attribuées à leur fraction la plus dense, lourde et polaire : les asphaltènes. La compréhension de l'origine de ces propriétés repose sur une description structurale fine de ces fractions. Nous présentons une caractérisation des solutions d'asphaltène, à l'échelle du nanomètre, basée sur de nouvelles ou récentes expériences de diffusion de rayonnement (rayons X ou neutrons) à partir desquelles des paramètres structuraux des agrégats d'asphaltène (R g , M w et A 2 ) sont déduits. La dépendance de ces paramètres est compatible avec un modèle d'agrégats de type fractal de masse. Ce modèle rend compte de toute la variété de propriétés macroscopiques de ces solutions. En particulier, la prise en compte de l'aspect solvaté des agrégats permet de prédire la viscosité de solutions d'asphaltène en fonction de leur concentration. D'autre part, les asphaltènes s'adsorbent aux interfaces liquide-liquide et liquide-solide et forment des monocouches dont l'épaisseur est du même ordre de grandeur que la taille des agrégats de la solution. L'analyse des isothermes d'adsorption, les expériences de réflectivité des neutrons ainsi que les expériences de diffusion des neutrons en conditions d'extinction de contraste, mettent en évidence une densification des agrégats d'asphaltène dans la couche adsorbée relativement à leur état solvaté dans le volume. Enfin, la résultante des interactions attractives/répulsives entre agrégats peut être reliée à la stabilité relative d'émulsions d'eau dans l'huile et à la stabilité d'effluents d'hydroconversion. Cette approche de mise en relation entre structure et propriété permet d'asseoir et de justifier le modèle de fractal de masse qui est discuté. Abstract