TOTAL a choisi la voie du stockage géologique de CO2 en Béarn pour les fumées issues du pilote d’oxycombustion qui sont injectées dans un réservoir déplété de gaz naturel. Cependant, la mise en œuvre de cette technologie nécessite une connaissance des processus physiques, physico-chimiques et des interactions entre les phases depuis le captage jusqu’au stockage, d’autant plus que le CO2 injecté n’est pas pur. Il peut contenir par exemple quelques pourcents d’oxygène. Nous étudions plus précisément l’impact de l’injection d’un mélange de gaz (CO2 + O2) sur les roches de réservoir et de couverture en présence de saumure. A cette fin, un pilote expérimental a été développé et instrumenté pour acquérir des données thermodynamiques (solubilités et masses volumiques) et cinétiques de dégradation des roches indispensables aux modélisations et simulations thermodynamiques et réactives du système triphasique (gaz-saumure-roches) dans les conditions de stockage (T < 150°C et P < 200 bar). / TOTAL has chosen the path of geological storage of CO2 in Béarn flue gases from driver oxycombustion which are injected into a depleted natural gas reservoir. However, the implementation of this technology requires knowledge of physical processes and physico-chemical interactions between the phases from capture to storage, especially as the injected CO2 flow is not pure. It may contain a few percent of oxygen. The impact of the injection of a gas mixture (CO2 + O2) on reservoir rock and in the presence of coverage of brine is studied. An experimental pilot was developed and instrumented to acquire thermodynamic data (solubility and density) and kinetics of degradation of solids essential for modeling and simulations of thermodynamic and reactive three-phase system (gas-brine-rock) in storage conditions (T <150°C and P <200 bar).

Les problèmes liés à l'environnement et plus particulièrement à la couche d'ozone et à l'effet de serre sont fortement d'actualité. Depuis 1987, le protocole de Montreal impose une nouvelle réglementation en terme d'utilisation des fluides frigorigènes pour les pays industrialisés. Pour appliquer ce protocole, dans de bonnes conditions techniques et économiques, l'industrie a besoin de données thermophysiques concernant les nouveaux fluides frigorigènes. Afin de réaliser des mesures d'équilibre liquide vapeur sur les fluides frigorigènes, deux techniques expérimentales ont été choisies et utilisées. Il s'agit d'une technique statique-analytique avec échantillonnage des phases (analyse par chromatographie en phase gazeuse) et d'une technique synthétique avec une cellule à volume variable. Quatre systèmes binaires et un système ternaire ont été étudiés: 1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropane (R227ea)+ propane (R290); difluorométhane (R32) + R290; R32 + R290, dioxyde de carbone (CO2) + R227ea et R32+R290+R227ea. Pour réaliser le traitement des données et la modélisation, un progiciel a été développé: THERMOPACK. Ce progiciel a permis de comparer les résultats expérimentaux obtenus à des valeurs disponibles dans la littérature, de calculer la ligne des points critiques et de calculer la position des azéotropes.

La liqueur Grand Marnier® produite par la Société des Produits Marnier-Lapostolle (SPML), contient un arôme d'orange amère. Cet arôme, appelé parfum, est obtenu à partir de l'huile essentielle (HE) d'écorces d'orange amère qui ont subi un procédé de macération-distillation. Le but de ce travail de thèse a été de cibler les composés d'arôme clés des écorces d'orange amère et de comprendre leur comportement au cours de la production du parfum, afin de trouver des stratégies d'optimisation. Les axes d'étude ont été les suivants : (1) identification des composés volatils odorants de l'HE et du parfum d'orange amère; (2) observation et compréhension des étapes de la production du parfum, des matières premières à la distillation, et étude de leur impact sur la qualité du parfum (3) étude détaillée de la distillation discontinue multi-étagée. Parmi les 51 et 37 composés volatils identifiés de l'HE et du parfum, nous avons détecté par olfactometrie 19 composés odorants dans l'HE et 7 dans le parfum. Avec les résultats de l'HE de l'axe (1), une sélection de composés d'arôme, dits marqueurs, a été faite selon certains critères. Cette procédure a été validée par une étude sensorielle de classification d'HE d'orange amère de différentes origines géographiques. Les observations et résultats de l'axe d'étude (2) ont montré que la distillation est l'étape de la production qui a le plus grand impact sur la qualité du parfum. Durant la distillation, 9 paramètres de conduite, tels que le titre alcoométrique volumique et le taux de reflux, ont été régulièrement enregistrés. En parallèle, les composés marqueurs ont été quantifiés dans des échantillons de distillat prélevés à des moments spécifiques de la distillation des têtes aux queues. La connaissance du comportement des composés marqueurs et de leurs propriétés physico-chimiques permet de mieux comprendre la conduite actuelle de la distillation. Ainsi des changements de paramètres de distillation ont été proposés et des essais pilote ont été mis en place dans l'axe d'étude (3). Dans l'optique de contrôler et d'optimiser la distillation discontinue multi-étagée, d'autres travaux ont été menés en simulation avec le logiciel BatchColumn de ProSim®. Cela nécessite de : 1) déterminer les données d'équilibre liquide-vapeur de certains composés marqueurs ; 2) trouver un modèle thermodynamique représentant les données expérimentales ; 3) intégrer les données expérimentales et le modèle choisi dans le logiciel BatchColumn. La distillation telle qu'elle est menée à la distillerie de la SPML a bien été représentée. De futures études, incluant des changements de paramètres tels que la composition de la charge du bouilleur, des paramètres de conduite et de structure pourront être réalisées, afin d'optimiser le procédé et voir l'impact de ces changements sur la qualité du parfum. / The Grand Marnier® liqueur produced by the Société des Produits Marnier-Lapostolle (SPML), is composed of a bitter orange aroma. This aroma, called parfum, is produced from essential oil (EO) of bitter orange peelings that underwent a maceration-distillation process. The aim of this PhD study was to focus on the key odour compounds of the bitter orange peelings, and understand their behaviours throughout the process, in order to find optimisation strategies. The following strategies were applied: (1) identification of odour volatiles compounds in bitter orange EO and parfum; (2) observation and understanding of the steps of the parfum production, from raw material to distillation, and study of their impacts on the quality of the parfum; (3) deep study of the multi-stage batch distillation. Among the 51 and 37 volatile compounds identified, we detected by olfactometry 19 odour compounds in EO and 7 in parfum. From the EO results of the strategy (1), a selection of odour compounds, called markers, was thus carried out applying specific filters. This procedure was validated by a classification sensorial study of bitter orange EO from different geographical origins. Observations and results of strategy (2) demonstrated that distillation has the biggest impact on the quality of the parfum. During distillation, 9 key process parameters, such as the alcoholic strength by volume and reflux rate, were continuously recorded. In parallel, markers compounds were quantified in distillate samples collected at specific control points from head to tail cuts. The behaviour of the key markers together the knowledge of their physical-chemical characteristics made it possible to better understand the current lead of the distillation. Thereby changes of distillation parameters were proposed and pilote trials were carried out in the strategy (3). In view to control and optimise the multi-stage batch distillation process, other works were focused on simulation with the BatchColumn software from ProSim®. This requires to: 1) determine the vapour-liquid equilibrium data of certain markers compounds; 2) build a thermodynamic model simulating real experimental data; 3) integrate the experimental data and the model selected in BatchColumn. With this approach, we easily represented the distillation as it was realised in the industry. Futures studies, including changes of parameters such as still composition, distillation and structure parameters, could be carried out to optimise the process and see the impact on these changes of the quality of the parfum.

De nos jours, remplacer les solvants organiques utilisés traditionnellement dans l'industrie chimique par une nouvelle génération de solvants moins toxique, moins inflammable et moins polluante est un défi considérable. Les liquides ioniques, sels liquides qui satisfont ces critères, sont envisagés comme alternatives. Le but de ce travail est d'étudier le comportement des liquides ioniques en présence de composés organiques ou de gaz afin d'établir leur domaine d'applications dans le génie des procédés.Dans un premier temps, une étude chromatographique présente les interactions entre composés organiques et les liquides ioniques. Les données de rétention ont permis d'estimer la sélectivité à dilution infinie de plusieurs liquides ioniques pour différents problèmes de séparation. Un modèle de solvatation <<GC-LSER>> a été développé afin de prédire les coefficients de partage de solutés dans des liquides ioniques classiques et fonctionnalisés. Ensuite, l'étude des équilibres liquide-liquide de systèmes ternaires ont permis d'évaluer l'efficacité de trois liquides ioniques pour trois problèmes de séparation fréquemment rencontrés dans l'industrie chimique (extraction des composés aromatiques, du thiophène ou des alcools linéaires). Les valeurs des sélectivités et des coefficients de distribution élevées indiquent que les liquides ioniques étudiés peuvent remplacer les solvants traditionnels. Enfin, les performances des liquides ioniques pour la capture des gaz à effet de serre sont évaluées grâce à des mesures de solubilités du dioxyde de carbone et du protoxyde d'azote dans les liquides ioniques sous hautes pressions. Les données expérimentales ont été utilisées afin d'étendre le modèle PPR78 (Predictive 1978, Peng-Robinson equation of state) aux systèmes {CO2+ liquide ionique} / Nowadays, replacement of conventional organic solvents by a new generation of solvents less toxic, less flammable and less polluting is a major challenge for the chemical industry. Ionic liquids have been widely promoted as interesting substitutes for traditional solvents. The aim of this work is to study the behavior of ionic liquids with organic compounds or gases in order to determine their range of applications in process engineering.First, interactions between organic compounds and ionic liquids are studied using inverse gas chromatography. The activity coefficients at infinite dilution are used to calculate capacity and selectivity of different ionic liquids for different separation problems. A solvation model <<GC-LSER>> is proposed in order to estimate the gas-to-ionic liquid partition coefficients in alkyl or functionalized ionic liquids. Then, liquid-liquid equilibria measurements of ternary systems were carried out in order to evaluate the efficiency of three ionic liquids for three separation problems frequently encountered in chemical industry (extraction of aromatic compounds, thiophene or linear alcohols). The high values of distribution coefficients and selectivities indicate that the investigated ionic liquids could replace the traditional solvents. Finally, the performance of ionic liquids for greenhouse gases capture was examinated through solubility measurements of carbon dioxide and nitrous oxide in ionic liquids at high pressure. The experimental data is used in order to extend the model PPR78 (Predictive 1978, Peng-Robinson equation of state) to systems containing {CO2+ ionic liquid}