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Analyse thermique avancée pour l’étude et la caractérisation de produits pétroliers complexes tels que les bitumes

Thèse Matthieu Moncel

Vendredi 19 décembre 2014

10h, salle séminaire du bâtiment de recherche chimie à huit-clos.

Au cours de cette thèse, de nouvelles méthodes d’analyse thermique et de traitement des données applicables à l’étude et la caractérisation de produits pétroliers complexes, ont été proposées, afin de mieux caractériser les bitumes. Le bitume en tant que sous-produit de l’industrie pétrolière est un matériau complexe dont les propriétés et la composition ne sont pas fixes et changent au gré des cocktails de pétroles bruts ou des procédés de raffinage. Une connaissance approfondie des propriétés de chaque bitume est donc nécessaire pour pouvoir les utiliser dans les meilleures conditions. Les tests mécaniques normés utilisés aujourd’hui pour caractériser le bitume sont insuffisants. Afin de pallier ce problème les techniques de DSC avancées ont été exploitées : programmes de température complexes, perturbation sinusoïdale ou stochastique de température, calorimétrie ultra-rapide et analyse cinétique des données. Ce travail a porté principalement sur l’étude des trois phénomènes pouvant être observés au cours du chauffage des bitumes : la transition vitreuse, la cristallisation et la fusion. La première partie de ce travail a été consacrée à l’étude de ces trois phénomènes sur des molécules modèles, la diéthanolamine (DEA) et la triéthanolamine (TEA) choisies car présentant des évènements thermiques dans une gamme de températures similaire à celle des bitumes. L’intérêt de la perturbation stochastique de température (TOPEM®) réside notamment dans la possibilité de séparer certains phénomènes se produisant sur un même domaine de températures. Ainsi, grâce à cette méthode on pourra analyser la transition vitreuse indépendamment de la relaxation enthalpique ou de la cristallisation. La méthodologie développée a ensuite été appliquée aux bitumes afin de mettre en évidence des corrélations entre données DSC (fraction cristallisable, température de transition vitreuse, température et enthalpie de fusion) et données mécaniques (TBA, pénétrabilité, FRAASS). Il a été montré également que la calorimétrie ultra-rapide (FSC) permet de séparer certains phénomènes grâce à une approche différente mais complémentaire à la perturbation stochastique de température TOPEM®.

Mots-clés

Fluides & Matériaux Complexes