La précipitation des asphaltènes pendant l extraction du pétrole brut conduit au bouchage des puits et aux sérieux dégâts matériels dus à la diminution de la production pétrolière. La prévention de la précipitation des asphaltènes passe par l injection dans le puits des additifs capable de stopper l agrégation d asphaltènes. L objectif de notre travail était de synthétiser et de tester l efficacité d une nouvelle famille des inhibiteurs de floculation d asphaltènes basée sur les liquides ioniques contenant un cation imidazolium. Les tests de floculation menés à l aide de différentes techniques expérimentales on démontré l efficacité de certaines des molécules synthétisées. Nos inhibiteurs non seulement retardent la floculation mais limitent de façon significative la taille de flocs. Ainsi, même dans les bruts dans lesquels les asphaltènes ont déjà floculé, les flocs restent en suspension et ne gêne pas d écoulement du pétrole. / The precipitation of asphaltenes during oil extraction plug up the well bore and causes serious damages diminishing the oil productivity. To prevent asphaltene precipitation additives are injected in the well bore to stopping aggregation. The objective of our study was to synthesis and to test the efficiency of a new family of flocculation inhibition based on the ionic liquids containing an imidazolium cation. The flocculation test were carried out with different experimental techniques and it was shown that certain of these molecules are very efficient. An efficient dispersant should delay the flocculation process and and limit the size of the flocculating flocs. Thus, in flocculating fluids, flocs are maintained in suspension and do not hinder the crude oil flux.

Les industries pétrolières et gazières sont tenues de respecter les lois et réglementations en matière de protection de l'environnement en raison de l'inquiétude croissante du public concernant les risques environnementaux ces dernières années. Les puits de pétrole et de gaz doivent être bouchés et abandonnés lorsqu'ils ont atteint la fin de leur cycle de vie utile afin de prévenir les catastrophes environnementales. Il est donc essentiel de réaliser un certain nombre d'interventions pour ces puits, connues sous le nom de bouchage et abandon (P&A). Pour atteindre la partie annulaire du puits, les segments de cuvelage doivent être retirés. Ensuite, les zones défectueuses doivent être nettoyées et des barrières de bouchons de ciment doivent être insérées dans l'annulaire. Avant d'installer le bouchon de ciment, la zone cible doit être nettoyée à l'intérieur et à l'extérieur du cuvelage pour éviter la contamination du ciment et garantir la haute qualité du bouchon de ciment. Le nettoyage par jet, dans lequel un liquide dense est injecté dans la zone cible pour éliminer un fluide indésirable de densité inférieure, est l'une des techniques de nettoyage efficaces utilisées dans les processus de P&A. Habituellement, les liquides sont miscibles. L'efficacité de nettoyage du jet est influencée par un certain nombre de forces et de facteurs, notamment les effets de la contrainte seuil (viscoplasticité), l'inertie, la flottabilité, la viscosité et la miscibilité. Le comportement des jets miscibles flottants est extrêmement complexe et dépend de plusieurs facteurs, notamment les facteurs géométriques, les caractéristiques de l'écoulement et les caractéristiques physiques et rhéologiques des fluides. Compte tenu de l'utilisation de ces jets dans les opérations de P&A, l'objectif de cette recherche est de fournir une compréhension fondamentale des impacts des différents facteurs sur les jets miscibles flottants. En particulier, le processus est analysé expérimentalement, en injectant un fluide newtonien dans un fluide newtonien/non newtonien (représentant le matériau en place à laver/nettoyer), tout en tenant compte des effets d'un certain nombre de paramètres clés de l'écoulement, tels que la vitesse imposée, la différence de densité et les propriétés rhéologiques des fluides (en particulier les effets viscoplastiques). La recherche peut être utilisée pour décrire le comportement du jet, qui peut être représenté par des caractéristiques telles que la longueur de bifurcation ($L_b$), la longueur de transition ($L_t$), la longueur de déviation ($L_d$) et la trajectoire du jet, et pour mesurer les régimes d'écoulement. Dans le but de généraliser les résultats expérimentaux pour une utilisation dans les applications industrielles de P&A, l'impact des nombres sans dimension pertinents tels que le nombre de Reynolds ($R_e$), le nombre de Froude ($F_r$) et le rapport de viscosité ($m$) est étudié. Notre étude a révélé que $L_b$ et $L_d$ sont principalement influencés directement par $F_r$, avec un rôle également joué par $m$. De plus, une augmentation de $m$ a été trouvée pour stabiliser l'écoulement, conduisant à des valeurs de $L_t$ plus importantes. / Oil and gas wells must be plugged and abandoned when they have reached the end of their useful life cycles in order to prevent environmental catastrophes. Therefore, it is essential to carry out a number of remedies for these wells, known as plug and abandonment (P&A). To reach the annulus portion of the well, the casing pieces must be removed. Next, the defective regions must be washed, and cement plug barriers must be inserted into the annulus. Before installing the cement plug, the target area must be cleaned both inside and outside of the casing to prevent cement contamination and to guarantee the cement plug's high quality. Jet cleaning, in which a dense liquid is injected into the target area to remove an undesirable fluid with a lower density, is one of the effcient cleaning techniques used in P&A processes. Usually, the liquids are miscible. The cleansing effectiveness of the jet is influenced by a number of forces and factors, including yield stress (viscoplasticity) effects, inertia, buoyancy, viscous, and miscibility. The behavior of buoyant miscible jets is extremely complicated and depends on a number of factors, including geometrical factors, flow characteristics, and the physical and rheological characteristics of the fluids. Considering the use of these jets in P&A operations, the goal of this research is to provide a fundamental understanding of the impacts of different factors on buoyant miscible jets. In particular, the process is experimentally analyzed, by injecting a Newtonian fluid into a Newtonian/non-Newtonian fluid (representing the in-placed material to be washed/cleaned), while considering the effects a number of the flow key parameters, such as the imposed velocity, the density difference, and the fluid rheological properties (in particular viscoplastic effects). The research can be used to describe the behavior of the jet, which can be represented by characteristics such as bifurcation length ($L_b$), transtion length ($L_t$), deviation length ($L_d$), and the trajectory of the jet, and measure the flow regimes. For the purposes of generalizing the experimental findings for using in industrial P&A applications the impact of pertinent dimensionless numbers such as the Reynolds number ($Re$), the Froude number ($Fr$), and the viscosity ratio ($m$) are investigated. Our study revealed that $L_b$, and $L_d$ are primarily influenced directly by $Fr$, with $m$ also playing a role. Furthermore, an increase in $m$ was found to stabilize the flow, leading to larger $L_t$ values.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse ou mémoire avec insertion d’articles / Les puits de pétrole et de gaz ont leur propre cycle de vie: le forage, la production, et finalement le bouchage et l'abandon (P&A) des puits. Les opérations de P&A impliquent généralement la mise en place d'un bouchon de ciment dans des sections spécifiques du puits de forage, afin de fournir des isolations zonales et de prévenir toute fuite. L'une des techniques courantes de mise en place d'un bouchon de ciment est la méthode du dump bailing, dans laquelle un coulis de ciment est injecté via un conteneur excentrique dans le puits de forage rempli d'un fluide in situ. Le processus est affecté par divers paramètres d'écoulement, tels que la différence de densité (flottabilité), le taux d'injection, les considérations géométriques, l'angle d'inclinaison, le rapport de viscosité et la contrainte d'écoulement. Motivée par cette application industrielle, cette thèse de doctorat étudie l'écoulement par injection miscible flottante d'un fluide lourd (dense) dans une conduite inclinée à extrémité fermée remplie d'un fluide léger (moins dense). Pour ce faire, des expériences accompagnées de méthodes semi-analytiques et informatiques complémentaires sont utilisées pour analyser les effets des paramètres susmentionnés sur la dynamique de l'écoulement. Pour généraliser nos résultats, nous les présentons en utilisant les nombres adimensionnels pertinents de l'écoulement, y compris le nombre de Reynolds (Re) qui représente les contraintes inertielles par rapport aux contraintes visqueuses, le nombre de Froude (Fr) qui montre le rapport des forces d'inertie aux forces de flottabilité, le nombre d'Archimède (Ar) et le nombre de flottabilité (χ) qui sont tous deux le rapport des contraintes de flottabilité aux contraintes visqueuses, le nombre de Bingham (B) qui représente la limite d'élasticité par rapport aux contraintes visqueuses, le rapport de viscosité (M), l'angle d'inclinaison (β), le rapport de rayon (Rc) qui est le rapport du rayon intérieur du tube intérieur au rayon intérieur du tube extérieur, le rapport d'aspect (δ) qui représente le rapport de la hauteur de dégagement au rayon intérieur du tube extérieur, et l'excentricité (E). Pour les flux d'injection miscibles flottants iso-visqueux, on observe quatre étapes distinctes au cours du développement du flux: le jet initial, la région de mélange, la région d'affaissement et le front de fluide lourd atteignant l'extrémité de la conduite et retournant vers la région de mélange. Les caractéristiques de l'écoulement sont quantifiées pour chaque phase d'écoulement, sur la base de Re, Ar, Fr et β. Cette étude est ensuite étendue aux effets des rapports de viscosité faibles à modérés (0.04 ≤ M ≤1), à divers rapports d'aspect (δ) et à la dynamique de l'écoulement dans la région annulaire entre la conduite d'injection (intérieure) et la conduite extérieure. On constate que le placement de fluide le plus efficace se produit lorsque δ est petit. En outre, la diminution de M améliore l'élimination du fluide in situ, en augmentant la vitesse du front du fluide lourd dans la section circulaire du domaine d'écoulement. Les résultats des flux d'injection de contrastes de viscosité élevés (0.0025 ≤ M ≤ 0.10) montrent qu'une séparation du front du fluide lourd se produit lorsque M est petit, Re est grand, et β ≫ 30, ce qui conduit à classer les flux en régimes de séparation et de non-séparation, dans un plan de groupe adimensionnel basé sur une combinaison de Ar, β, Re, et M. Pour l'injection miscible flottante d'un fluide à forte limite d'élasticité dans un fluide newtonien léger, des expériences complémentaires et une modélisation semi-analytique ont permis d'identifier trois régimes d'écoulement distincts, à savoir les régimes de rupture, d'enroulement et de flambage (bulging). Dans cette étude, un modèle d'approximation de la lubrification est développé en utilisant l'équation constitutive de Herschel-Bulkley. Sur la base d'une prédiction raisonnable du début de la cédulation, les régimes d'écoulement sont classés par rapport à une combinaison élégante des paramètres d'écoulement sans dimension, y compris B, χ, M, et δ. Un bon accord est obtenu entre la carte des régimes d'écoulement fournie par le modèle et les expériences. Le modèle permet d'étudier les variations de la limite de transition du régime en fonction du rapport des rayons (Rc) et de l'excentricité (E). Les trois principaux régimes d'écoulement observés sont étudiés plus en détail à l'aide de techniques d'imagerie par caméra à grande vitesse, de fluorescence induite par laser et de vélocimétrie Doppler à ultrasons. En conséquence, les caractéristiques détaillées de l'écoulement et les sous-régimes à plus long terme sont analysés. En particulier, le régime de rupture est étudié en termes de processus de cédulation, d'encolure et de pincement, de longueur des filaments et de leurs comportements de chute ultérieurs. Le régime d'enroulement est évalué en termes de comportements d'enroulement régulier, libre et irrégulier. Enfin, le régime de flambage (bulging) est analysé en termes d'apparition d'une partie tombante détachée et de profondeur de pénétration maximale. / Oil and gas wells have their own life cycle: drilling, production, and eventually plug and abandonment (P&A) of the wells. P&A operations usually involve the placement of a cement plug in specified sections of the wellbore, to provide zonal isolations and prevent any leakages. One of the common cement plug placement techniques is the dump bailing method, in which cement slurry is injected via an eccentric container into the wellbore filled with an in-situ fluid. The process is affected by various flow parameters, such as the density difference (buoyancy), the injection rate, the geometrical considerations, the inclination angle, the viscosity ratio, and the yield stress. Motivated by this industrial application, in this Ph.D. thesis, buoyant miscible injection flow of a heavy (dense) fluid into an inclined closed-end pipe filled with a light (less dense) fluid is studied. To do so, experiments accompanied by complementary semi-analytical and computational methods are used to analyze the effects of the aforementioned parameters on the flow dynamics. To generalize our results, we present them using the relevant dimensionless numbers of the flow, including the Reynolds number (Re) which represents the inertial stresses to the viscous stresses, the Froude number (Fr) which shows the ratio of the inertial forces to the buoyant forces, the Archimedes number (Ar) and the buoyancy number (χ) which both are the ratio of the buoyant stresses to the viscous stresses, the Bingham number (B) which represents the yield stress to viscous stresses, the viscosity ratio (M), the inclination angle (β), the radius ratio (R[subscript c]) which is the ratio of the inner radius of the inner pipe to the inner radius of the outer pipe, the aspect ratio (δ) which represents the ratio of the releasing height to the inner radius of the outer pipe, and the eccentricity (E). For iso-viscous buoyant miscible injection flows, four distinct flow stages during the flow development are observed: the initial jet, the mixing region, the slumping region, and the heavy fluid front reaching the pipe end and returning toward the mixing region. The flow features are quantified for each flow stage, based on Re, Ar, Fr and β. Then, this study is extended by considering the effects of low-to-moderate viscosity ratios (0.04 ≤ M ≤1), various aspect ratios (δ), and taking into account the flow dynamics in the annular region between the injection (inner) pipe and the outer pipe. It is found that the most efficient fluid placement occurs when δ is small. Also, decreasing M enhances the removal of the in-situ fluid, via increasing the heavy fluid front velocity in the circular section of the flow domain. The results of high viscosity contrasts (0.0025 ≤ M ≤ 0.10) injection flows show that a heavy fuid front separation occurs when M is small, Re is large, and β ≫ 30, leading to classify the flows into separation and non-separation regimes, in a dimensionless group plane based on a combination of Ar, β, Re, and M. For the buoyant miscible injection of a heavy yield stress fluid into a light Newtonian fluid, using complementary experiments and semi-analytical modelling, three distinct flow regimes, namely, the breakup, coiling, and buckling (bulging) regimes are identified. In this study, a lubrication approximation model is developed using the Herschel-Bulkley constitutive equation. Based on a reasonable prediction to the yielding onset, the flow regimes are classified versus an elegant combination of the dimensionless flow parameters, including B, χ, M, and δ. A good agreement is achieved between the flow regime map provided by the model and experiments. Using the model, the regime transition boundary variations versus the radius ratio (R[subscript c]) and the eccentricity (E) are investigated. The three main observed flow regimes are further investigated based on high-speed camera imaging, laser-induced fluorescence, and ultrasound Doppler velocimetry techniques. Accordingly, detailed flow features and sub-regimes at longer times are analyzed. In particular, the breakup regime is studied in terms of the yielding, necking and pinch-off process, the length of filaments, and their subsequent falling behaviours. The coiling regime is evaluated in terms of the regular, free and irregular coiling behaviours. Finally, the buckling (bulging) regime is analyzed in terms of the appearance of a detached falling part and the maximum penetration depth.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / Les puits de pétrole et de gaz sont scellés par le processus de cimentation primaire pendant les opérations de forage. L'étanchéité du puits est obtenue en plaçant du ciment dans la zone cible, qui est un espace étroit créé entre le trou de forage foré et l'extérieur d'un tubage en acier (ou d'un revêtement) qui est abaissé à l'intérieur du puits. Le ciment doit déplacer et éliminer le fluide en place d'abord dans le tubage, puis dans la section annulaire du puits avec un minimum de mélange. L'intégrité des bouchons de ciment placés est cruciale pendant toute la durée du forage du puits, ainsi que pendant la production du puits. Dans un tel écoulement par déplacement, plusieurs paramètres d'écoulement et propriétés du fluide contrôlent l'inter-pénétration des fluides, parmi lesquels les propriétés non newtoniennes (limite d'écoulement avec caractéristiques d'amincissement par cisaillement) des fluides impliqués sont considérées comme critiques. Presque toutes les études similaires antérieures dans la littérature envisagent l'injection d'un fluide newtonien dans un fluide non newtonien. Cependant, lors du processus de cimentation du puits, le fluide déplacé peut également posséder des propriétés non newtoniennes. Par conséquent, dans cette étude, l'imposition d'un fluide viscoplastique lourd dans un fluide newtonien léger est étudiée expérimentalement dans un tuyau vertical à grand allongement. Les densités des fluides sont légèrement différentes et ils sont miscibles. Le flux de déplacement est descendant. Les effets de la limite d'élasticité et du débit imposé sur la dynamique de l'écoulement, le mélange des fluides et la qualité de l'écoulement de déplacement sont analysés. Les résultats sont généralement utiles pour améliorer la qualité du processus de cimentation des puits primaires dans l'industrie pétrolière et gazière. / The oil and gas wells are sealed by the primary cementing process during drilling operations.The well sealing is achieved by placing cement into the target area, which is a narrow gapcreated between the drilled borehole and the outside of a steel casing (or liner) that is lowered down inside the well. The cement should displace and remove the in-place fluid initially in the casing and then in the annulus section of the well with minimum possible mixing. The integrity of placed cement plugs is crucial over the entire drilling time of the well, as wellas during the production of the well. In such a displacement flow, several flow parameters and fluid properties control the interpenetration of the fluids, among which non-Newtonianproperties (yield stress with shear thinning features) of the involved fluids are considered critical. Almost all previous similar studies in the literature consider injecting a Newtonianfluid into a non-Newtonian one. However, in the well cementing process, the displaced fluidcan also possess non-Newtonian properties. Therefore, In this study, the imposing of a heavy viscoplastic fluid into a light Newtonian fluid is investigated experimentally in a vertical pipewith a large aspect ratio. The densities of fluids are slightly different, and they are miscible.The displacement flow is downward. The effects of yield stress and the imposed flow rate onthe flow dynamics, the fluids mixing, and the quality of the displacement flow are analyzed.The results are generally helpful to improve the quality of the primary well cementing processin the oil and gas industry.

L’objectif de cette thèse était le développement d’une analyse rapide pour la caractérisation des produits lourds du pétrole. Des modèles de prédiction de propriétés des produits lourds ont été développés à partir des spectroscopies moyen-infrarouge (MIR) et proche infrarouge (PIR). Ce travail a principalement porté sur l’optimisation des modèles prédictifs des teneurs en composés saturés, aromatiques, résines et asphaltènes (SARA). Une optimisation simultanée par algorithmes génétiques du choix des prétraitements des données spectrales et des variables à sélectionner a été évaluée. Cette approchea permis de conduire au meilleur pouvoir prédictif des modèles PIR et a montré le potentiel d’interprétation des variables sélectionnées. Une étude de comparaison des modèles développés séparémentà partir des spectres MIR et PIR a ensuite été réalisée. La spectroscopie PIR s’est révélée être globalement plus performante dans le cadre de notre application. Il a également été démontré que la fusion de données spectroscopiques pouvait améliorer la qualité des prédictions. Au vu des résultats, ilsemble nécessaire que les modèles développés séparément à partir de ces spectroscopies conduisent à des performances similaires pour espérer une amélioration lors de la fusion des données spectrales. Le potentiel de l’interprétation des techniques de régression multiblock a également été confirmé pour identifier les informations spectrales spécifiques contenues dans les spectres MIR et PIR. Enfin, les modèles de prédiction de la densité, des teneurs en SARA, en carbone Conradson, en hydrogène, en soufre et en azote ont été jugées satisfaisantes pour une utilisation au laboratoire. / The aim of this study is to develop an alternative analysis for the characterisation of heavy oil products. Predictive chemometric models have been developed by mid-infrared (MIR) and near infrared (NIR) spectroscopies. This work has principally concerned the predictive model optimisation of saturate, aromatic, resin and asphalten contents (SARA). A simultaneous optimisation procedure of spectral data pre-processing methods and variable selection by genetic algorithms was evaluated. This approach has permitted to lead to the best NIR predictions and to show the interpretation potentialof selected variables. A comparative study of MIR and NIR spectroscopies for the development of heavy oil property predictive model was also performed. Results have shown that NIR spectroscopy was globally better for our application. It has been shown that spectroscopic data fusion can improve predictive power of models. The obtained results have shown that it seems however necessary that both spectroscopy, considered separately, have to lead to similar predictive power to expect an predictive power improvement when combining MIR and NIR. The interpretation potential of multiblock has been confirmed for the identification of MIR and NIR specific information. Finally, models developed for the prediction of density, contents of SARA, Conradson carbon, hydrogen, sulphur and nitrogen were judged satisfactory for an application at laboratory.

L'exploitation croissante de pétrole non conventionnel du bitume de l'Alberta (Canada) a soulevé des préoccupations majeures environnementales, car ce type de pétrole est intrinsèquement différents des pétroles conventionnels. Les études précédentes se sont principalement concentrées sur le bitume dilué, mais le pétrole brut synthétique, aussi connu sous le nom de "synthetic crude oil" ou "SCO", qui prend 35 % de part de marché des pétroles de bitume, n'a pas été bien étudié. Il y a actuellement très peu d'information sur la charge des contaminants dans le SCO, les techniques efficaces de décontamination après déversement, et les facteurs qui sont déterminants pour la réussite de la biorestauration. À cet égard, le but de cette étude est de développer ces connaissances en utilisant des microcosmes de sol dans des conditions de laboratoire. Premièrement, nous avons caractérisé les contaminants d'HAP qui viennent du SCO. Le résultat d'analyse du sol contaminé par le SCO (le Sol-SCO) nous a démontré qu'il y a une différence marquée sur l'abondance relative des HAP entre un sol contaminé avec SCO et un sol contaminé du pétrole conventionnel de "Texascrude" (le Sol-Texas). Le Sol-SCO contient une fraction significativement plus élevée d'HAP lourds (avec 3 à 6 anneaux) que le Sol-Texas. Les deux sols ont été également caractérisés par des taux de perte de HAP contrastés, ce qui est causé probablement par leurs compositions différentes. Cela soulève des inquiétudes quant à l'efficacité des méthodes de décontamination actuelles, car elles ont été développées originairement pour le pétrole conventionnel. À cet effet, nous avons évalué les potentiels de divers traitements pour le Sol-SCO, tels que l'atténuation naturelle (NA), l'ajout de boue d'épuration (S), l'inoculation de champignon (F), la plantation de graminées (P) et leurs combinaisons (S-F, S-P, F-P, et S-F-P). En suivant le taux de perte d'HAP (y compris les HAP alkylés et 16 HAP prioritaires de l'EPA), nous avons trouvé que tous les traitements sont très efficaces avec au moins 80 % de perte d'HAP après 60 jours. Cependant, les taux de perte d'HAP sont distincts entre les HAP légers ( ≤ 3 anneaux, ~ 96 % de perte moyenne) et les HAP lourds (4 à 6 anneaux, ~ 29 % de perte moyenne). Nous avons également observé que le traitement S-P a atteint les meilleurs résultats au niveau de la concentration d'HAP qui demeurent dans le sol post-traité (0,10 ± 0,02 mg•kg⁻¹ pour une concentration initiale de 0,29 ± 0,12 mg•kg⁻¹). Afin de trouver les facteurs qui ont donné ces meilleurs résultats liés avec les traitements avec la boue (notamment le S et le S-P), nous avons étudié les structures communautaires des bactéries. Le résultat a démontré qu'il n'y a pas de changement significatif au niveau de la structure de microbiome entre les traitements. Cependant, en intégrant toutes les données ensemble (les taxa de bactérie, les concentrations d'HAP, le niveau de CO₂ de sol, et l'humidité de sol), nous avons observé que les traitements se différencient en trois groupes - - le Cluster de plante, le Cluster de microorganisme, et le Cluster de contrôle. L'analyse de multi-facteurs iii (MFA) a démontré que ces changements sont fortement contribués par l'application de la boue et la plantation. Le MFA aussi a montré que la plupart des bactéries sont corrélées avec les HAP alkylés (tels que le 1- méthylphénanthrène, le 2-éthylanthracène, le 3-éthylphénanthrène et le 4-butylbenzothiophène) au lieu des HAP non-alkylés qui sont suivants choisis comme les cibles de l'étude environnementale. Cela implique que, en comparant avec les HAP non-alkylés, les bactéries métabolisaient principalement les HAP alkylés dans nos sols. Donc on suggère que les études futures pour la biorestauration des HAP devraient inclure plus de HAP alkylés dans leurs cibles d'analyse afin d'évider d'avoir du biais potentiellement important. En conclusion, notre étude a démontré que les traitements avec la boue d'épuration sont capables de mieux réduire la contamination d'HAP de SCO (comparativement aux autres traitements) dans le sol. Cette observation suggère que ces techniques pourraient être des bons candidats pour les recherches futures sur la biorestauration. Cependant, une attention particulière est nécessaire pour choisir l'environnement d'application, car des facteurs tels que l'humidité, le CO₂ et la concentration d'HAP auraient des impacts significatifs sur les activités microbiennes.

Dans le réservoir pétrolier de Zebbag (Crétacé moyen, SE de la Tunisie), une diminution imprévue de la production de pétrole a réduit les réserves récupérables prévues de 42% par rapport à leurs estimations initiales. Cette différence est interprétée comme étant la conséquence d’une mauvaise estimation initiale de l'hétérogénéité du réservoir. L'objectif principal de ce travail est de réévaluer les paramètres géologiques critiques qui étaient à l'origine négligés dans la prévision de la performance du réservoir. La diagraphie multi-paramètres de 17 forages et les carottes récupérées de quatre puits sont utilisés pour cette réévaluation. Ces données respectives sont traitées en conjonction avec une étude d'un analogue d'affleurement (loc. Dkhilet Toujane) pour approfondir notre compréhension des faciès sédimentaires, de l'architecture stratigraphique, de la diagenèse et de la géologie structurale rencontrés dans le réservoir Zebbag. L'analogue d'affleurement souligne l'importance de la dolomudstone à Thalassinoides pour les futurs scénarios de récupération de pétrole. Il montre également qu'à l'échelle régionale, il existe une perméabilité liée à la fracture améliorée qui coïncide avec une extension mi-crétacée de la lithosphère. La réévaluation de l'hétérogénéité des réservoirs montre que l'omission des argiles kaoliniques dans la modélisation des réservoirs peut expliquer la surestimation initiale de l'huile d'origine en place jusqu'à 25%. De nouvelles estimations des volumes d’argile indiquent l'importance de l'unité Zebbag-3 qui agit comme une barrière entre l'unité inférieure Zebbag-4 et les unités supérieures Zebbag-1 et Zebbag-2. Cette stratification complexe du réservoir peut expliquer un écart de 5% du facteur de récupération initial. Cette étude présente également un système des failles normales précédemment non identifiés qui peuvent être mis à profit pour augmenter la production actuelle de 1500 barils de pétrole par jour.L'hétérogénéité des réservoirs peut ainsi expliquer jusqu'à 30% de la surestimation initiale de l'huile récupérable. Les 12% restants sont probablement le résultat de problèmes dynamiques tels que la pression et la mouillabilité qui devraient être étudiés plus en détail. / In the Zebbag petroleum reservoir (Mid-Cretaceous, SE Tunisia), an unexpected decrease in oil production has cut the anticipated recoverable reserves by 42% of their initial estimates. This difference is interpreted as the consequence of a poor initial evaluation of the reservoir heterogeneity. The main objective of this work is to reassess the critical geological parameters that were originally overlooked in the prediction of the reservoir performance.Multi-parameter wireline logs from 17 boreholes and the recovered cores from four wells are used for this reassessment. These respective data are treated in conjunction with a study of an outcrop analog (loc. Dkhilet Toujane) to further our understanding of the sedimentary facies, stratigraphic architecture, diagenesis and structural geology that are encountered in the Zebbag reservoir. The outcrop analog emphasizes the significance of Thalassinoides dolomudstone for future oil recovery scenarios. It also shows that, at regional scale, there is an enhanced fracture-related permeability that coincides with a mid-Cretaceous extension of the lithosphere.The re-evaluation of the reservoir heterogeneity shows that the omission of the kaolinitic clays in the reservoir modelling can explain the original overestimation of the original oil in place by up to 25%. New estimations of shale volumes point to the significance of unit Zebbag-3 that acts as a fluid baffler between the lower unit Zebbag-4 and the upper units Zebbag-1 and Zebbag-2. This complex reservoir layering can explain a 5% discrepancy of the initial recovery factor. This study also presents a system of previously unidentified normal faults that can be leveraged to enhance the current production by 1500 barrels of oil per day. Reservoir heterogeneity can thus explain up to 30% of the initial overestimation of the recoverable oil. The remaining 12% are likely the result of dynamic issues such as pressure and wettability that should be further studied.

L'exploitation croissante de pétrole non conventionnel du bitume de l'Alberta (Canada) a soulevé des préoccupations majeures environnementales, car ce type de pétrole est intrinsèquement différents des pétroles conventionnels. Les études précédentes se sont principalement concentrées sur le bitume dilué, mais le pétrole brut synthétique, aussi connu sous le nom de "synthetic crude oil" ou "SCO", qui prend 35 % de part de marché des pétroles de bitume, n'a pas été bien étudié. Il y a actuellement très peu d'information sur la charge des contaminants dans le SCO, les techniques efficaces de décontamination après déversement, et les facteurs qui sont déterminants pour la réussite de la biorestauration. À cet égard, le but de cette étude est de développer ces connaissances en utilisant des microcosmes de sol dans des conditions de laboratoire. Premièrement, nous avons caractérisé les contaminants d'HAP qui viennent du SCO. Le résultat d'analyse du sol contaminé par le SCO (le Sol-SCO) nous a démontré qu'il y a une différence marquée sur l'abondance relative des HAP entre un sol contaminé avec SCO et un sol contaminé du pétrole conventionnel de "Texas-crude" (le Sol-Texas). Le Sol-SCO contient une fraction significativement plus élevée d'HAP lourds (avec 3 à 6 anneaux) que le Sol-Texas. Les deux sols ont été également caractérisés par des taux de perte de HAP contrastés, ce qui est causé probablement par leurs compositions différentes. Cela soulève des inquiétudes quant à l'efficacité des méthodes de décontamination actuelles, car elles ont été développées originairement pour le pétrole conventionnel. À cet effet, nous avons évalué les potentiels de divers traitements pour le Sol-SCO, tels que l'atténuation naturelle (NA), l'ajout de boue d'épuration (S), l'inoculation de champignon (F), la plantation de graminées (P) et leurs combinaisons (S-F, S-P, F-P, et S-F-P). En suivant le taux de perte d'HAP (y compris les HAP alkylés et 16 HAP prioritaires de l'EPA), nous avons trouvé que tous les traitements sont très efficaces avec au moins 80 % de perte d'HAP après 60 jours. Cependant, les taux de perte d'HAP sont distincts entre les HAP légers ( ≤ 3 anneaux, ~ 96 % de perte moyenne) et les HAP lourds (4 à 6 anneaux, ~ 29 % de perte moyenne). Nous avons également observé que le traitement S-P a atteint les meilleurs résultats au niveau de la concentration d'HAP qui demeurent dans le sol post-traité (0,10 ± 0,02 mg•kg⁻¹ pour une concentration initiale de 0,29 ± 0,12 mg•kg⁻¹). Afin de trouver les facteurs qui ont donné ces meilleurs résultats liés avec les traitements avec la boue (notamment le S et le S-P), nous avons étudié les structures communautaires des bactéries. Le résultat a démontré qu'il n'y a pas de changement significatif au niveau de la structure de microbiome entre les traitements. Cependant, en intégrant toutes les données ensemble (les taxa de bactérie, les concentrations d'HAP, le niveau de CO₂ de sol, et l'humidité de sol), nous avons observé que les traitements se différencient en trois groupes - - le Cluster de plante, le Cluster de microorganisme, et le Cluster de contrôle. L'analyse de multi-facteurs (MFA) a démontré que ces changements sont fortement contribués par l'application de la boue et la plantation. Le MFA aussi a montré que la plupart des bactéries sont corrélées avec les HAP alkylés (tels que le 1-méthylphénanthrène, le 2-éthylanthracène, le 3-éthylphénanthrène et le 4-butylbenzothiophène) au lieu des HAP non-alkylés qui sont suivants choisis comme les cibles de l'étude environnementale. Cela implique que, en comparant avec les HAP non-alkylés, les bactéries métabolisaient principalement les HAP alkylés dans nos sols. Donc on suggère que les études futures pour la biorestauration des HAP devraient inclure plus de HAP alkylés dans leurs cibles d'analyse afin d'évider d'avoir du biais potentiellement important. En conclusion, notre étude a démontré que les traitements avec la boue d'épuration sont capables de mieux réduire la contamination d'HAP de SCO (comparativement aux autres traitements) dans le sol. Cette observation suggère que ces techniques pourraient être des bons candidats pour les recherches futures sur la biorestauration. Cependant, une attention particulière est nécessaire pour choisir l'environnement d'application, car des facteurs tels que l'humidité, le CO₂ et la concentration d'HAP auraient des impacts significatifs sur les activités microbiennes.

L'objectif de ce travail est d'identifier les paramètres du processus d'agrégation et de floculation d'asphaltènes. En particulier, il s'agit d'établir l'influence des facteurs cinétiques sur la déposition d'asphaltènes et l'évolution des propriétés des flocs asphaltèniques au cours de leur vieillissement. Nous avons étudié le processus de floculation d'asphaltènes à partir de bruts de pétrole sélectionnés, significativement différents. Au cours de ce travail nous avons étudié le processus de la formation des agrégats dans des différents solvants et floculants. Nous avons étudié l'effet de la longueur de chaîne d'alcanes sur le mécanisme d'agrégation. Nous nous sommes intéressé également aux effets de la présence des des composés basiques et acides dont les interactions avec des asphaltènes sont très fortes. La diffusion dynamique de la lumière, a été utilisée pour suivre la cinétique d'agrégation sous l'influence de changement de la composition (les ajouts de floculant) ou de la température. Les résultats cinétiques ont été complété par des études rhéologiques qui ont apporté une information non seulement sur l'écoulement macroscopique de fluides mais également sur les subtiles variations de la structure qui ne peuvent pas être détectées par d'autres méthodes expérimentales. Les résultats obtenus ont permis de mieux comprendre le mécanisme d'agrégation et de floculation d'asphaltènes et seront utilisés pour élaborer les nouvelles méthodes permettant d'éviter la floculation / The objective of this study was to identify parameters of aggregation and of flocculation of asphaltenes. Particularly, we worked on the influence of the kinetic factors on the asphaltene deposition and on the changes of asphaltene properties during floc ageing. The flocculation process was studied with the selected, significantly different crude oils. Experiences were done with the use of different solvents and flocculants. We have studied the impact of the alkane chain length on the aggregation mechanism, as well as the influence of acid and basic compounds, the interactions of which with asphaltenes are very strong. The dynamic light scattering technique was used to follow aggregation induced by compositional and temperature changes. Kinetic results were completed with rheological studies that afforded an information not only on the macroscopic flow properties but also on subtle structure changes that cannot be obtained with other techniques. Results obtained allowed a better comprehension of the mechanism of aggregation and flocculation of asphaltenes and will be use to elaborate new methods of asphaltene flocculation prevention