En juillet 2013, une urgence environnementale a eu lieu dans la municipalité du Lac-Mégantic en Estrie, à la suite d’un déraillement d’un train qui transportait du pétrole. Ce déraillement a provoqué des explosions et des incendies dans le centre-ville. Près de 100 000 litres de pétrole ont réussi à atteindre le Lac-Mégantic et la rivière Chaudière. À la suite de cet accident, plusieurs interventions ont été mises en place afin de limiter les dégâts et l’élaboration de ce projet de maîtrise découle de cette catastrophe. Un des objectifs poursuivis était d’améliorer la prise de décisions des différents intervenants en cas de déversement de substances en milieu aquatique. En générant des modèles de suivi du pétrole, cela pourrait les aider dans leurs prises de décisions. Par exemple, pour décider du moment de la fermeture des prises d’eau potable des villes et des industries ou encore pour l’installation des estacades pour confiner le pétrole. Pour développer ce modèle de transport de polluants dans la rivière Chaudière, le logiciel HEC-RAS et son module de qualité de l’eau, ont été utilisés. Le modèle développé tient compte uniquement de la dispersion longitudinale puisque le temps entre le moment du déversement et le déploiement des intervenants sur le lieu serait suffisamment grand pour que le pétrole se situe dans la zone du champ lointain et, conséquemment, les concentrations des polluants seraient homogènes. La zone du champ lointain correspond à la zone pour laquelle il ne reste plus que de la dispersion longitudinale puisque la diffusion verticale et transversale est terminée. Les paramètres nécessaires pour réaliser cette modélisation sont la période de simulation, la concentration initiale du polluant, la masse de pétrole déversé, les conditions limites, les types d’équations de croissance (passif ou actif) et le coefficient de dispersion. Ce dernier paramètre a été déterminé expérimentalement afin de choisir parmi les nombreuses équations empiriques existantes laquelle permettrait d’obtenir un coefficient proche de la valeur expérimentale obtenue soit de 4,37 m2/s. Ces équations considèrent les aspects naturels du milieu pour lesquels elles ont été créées et c’est l’équation de Li et al. 1998 (1) qui a été retenue pour le modèle. Une fois l’ensemble des paramètres connus et obtenus de la littérature, plusieurs scénarios de déversements pour différents débits ont été simulés pour valider le modèle. Des courbes de concentration du pétrole en fonction du temps à différents endroits sur la rivière Chaudière ont été obtenues, ainsi que les temps de séjour moyens du pétrole. Avec ce modèle, il a été déterminé que le pétrole prendrait 161,8 h pour atteindre le pont de Saint-Lambert-De-Lauzon pour un débit d’étiage de 3,8 m3/s et prendrait 33,2 h pour un débit de crue de 183,4 m3/s. De plus, avec ce modèle le moment pour lequel le pétrole atteindra la prise d’eau potable de Sainte-Marie pourrait être connu. La température de l’eau est un paramètre qui intervient dans les différents processus de transformation des contaminants lors de déversement. Par contre, ce paramètre n’a pas pu être pris en compte avec le logiciel HEC-RAS. En complément à ce modèle de transport du pétrole et en préparation pour le développement d’un modèle plus complexe, la modélisation du régime thermique de la rivière Chaudière a été réalisée. Cette modélisation a été conçue en utilisant une régression linéaire multiple, ainsi que les données issues de sondes de température ONSET HOBO U20 0-4M. Ces sondes ont été installées à neuf endroits sur la rivière pour la période allant du 19 septembre au 22 octobre 2017. Les données pour établir la relation linéaire avec celle de la température de l’eau sont : la température de l’air, la température de l’air de la veille (°C), la température de l’air de l’avant-veille (°C), le débit (m3/s) et le temps (jours). Les coefficients de détermination obtenus lors de cette modélisation se situent entre 83 % et 98 % pour l’ensemble des sites et l’erreur quadratique moyenne se situe entre 0,55 et 0,97. Par la suite, une corrélation a été établie entre les équations de régression de la rivière Etchemin et de la rivière Chaudière. Une fois cette corrélation établie, la régression linéaire annuelle pour la rivière Etchemin a été modifiée pour tenir compte de cette corrélation. En tout, dix-huit équations ont été obtenues pour prédire la température de l’eau à différents endroits sur la rivière Chaudière, et ce, pour différentes périodes de l’année.

La mouillabilité mixte ou partielle dans les milieux poreux influe considérablement sur le comportement des écoulements diphasiques. Dans le monde, la plupart des réserves pétrolières se situent dans des réservoirs possédant une mouillabilité hétérogène. Des études détaillées de l'influence de la mouillabilité partielle sur le comportement des écoulements dans les milieux poreux de type modèle micro fluidique sont par conséquent d'un intérêt majeur, tant pour la recherche fondamentale que pour les études appliquées. Nous avons développé une nouvelle technique permettant pour la première fois la modification et la structuration de la mouillabilité de surface dans les systèmes micro fluidique de type complexe, système d'une grande homogénéité et de haute qualité fabriqué en poly(dimethylsiloxane) (PDMS). Ces progrès obtenus dans le traitement des surfaces, nous ont permis d'étudier l'influence de la mouillabilité partielle sur le comportement des écoulements diphasiques et d'observer de nouveaux régimes d'écoulements. L'observation des régimes d'écoulement particuliers en fonction de la mouillabilité dans des carottes de roche nous a permis de développer une nouvelle technique de détection basée sur une visualisation optique de celle-ci. Ce concept de mesure d'écoulements par visualisation optique à l'échelle du pore fut étendu et un nouvel outil d'imagerie microscopique a été développé.

Les traceurs sont des espèces permettant de déterminer la position ou la distribution d'un produit et ceux-ci sont aujourd'hui présents dans de très nombreux domaines. Bien que chacune des applications possède un cahier des charges bien spécifique, il est possible de les retrouver dans des domaines aussi divers que la médecine (agents de contraste), l'anticontrefaçon ou encore l'exploration géologique. Nous avons ainsi développé des traceurs d'eau d'injection pétrolière composés de complexes de lanthanides. Ces traceurs, dérivés du DOTA, ont pu être détectés à des concentrations inférieures au ppb, grâce à un appareillage simple et compact. Cette détection fut rendue possible par l'utilisation de la fluorescence en temps résolu, qui permet de contourner le bruit de fond créé par la fluorescence intrinsèque des résidus pétroliers présents dans les eaux de production. Nous avons également montré comment il était possible, grâce à une synthèse en microémulsion, d'encapsuler différents luminophores au sein d'une nanoparticule composée d'un coeur d'or et d'une coquille de silice. Ainsi, ces nanoparticules ont pu être utilisées comme traceurs intelligents afin de recueillir des informations sur les propriétés physicochimiques au sein des puits comme la température, le pH, la proportion entre différents solvants, etc. Enfin nous avons pu montrer comment une utilisation judicieuse des lanthanides et des propriétés complexantes des inhibiteurs de dépôts minéraux pouvait permettre leur dosage grâce à une méthode à la fois simple et rapide. Ce dosage permettra alors d'ajuster leur concentration dans les différents puits de production de pétrole

Ernest Mercier est l’un des patrons les plus influents de l'entre-deux-guerres en France. Ses différentes activités industrielles l'ont conduit à siéger sur de vastes pans de l’économie française, notamment du secteur énergétique. La thèse retrace la carrière pétrolière d'un homme qui a joué un rôle central pour le développement d'une industrie devenue stratégique, mais qui est embryonnaire lorsqu'il rejoint ce secteur après la Première Guerre mondiale. Mercier assiste et assure la création d'une industrie pétrolière nationale. Les obstacles se font légion contre les ambitions pétrolières de la France. Elle se présente bien tard sur un marché étroitement contrôlé par de puissants trusts. La recherche et l'exploitation pétrolière demandent d'importantes ressources, et aucune société française n'a les moyens d'une politique indépendante. Certaines banques se lancent alors dans les affaires de pétrole en s'alliant aux grands trusts internationaux. C'est le cas de Paribas; la gestion de ses avoirs roumains représente la première expérience de Mercier dans ce secteur. L'État s'intéresse aussi au pétrole, il devient un acteur incontournable. Le gouvernement français n'a pourtant pas les moyens de ses ambitions dans le domaine pétrolier. La politique nationale mise en place durant l'entre-deux-guerres doit faire appel à l'épargne privée française. La création d'une compagnie nationale, la Compagnie française des pétroles, en 1924 regroupe ainsi les différentes banques et sociétés intéressées au pétrole. Mercier est personnellement choisi par le président Raymond Poincaré pour mener à bien cette mission. Cette carrière s'articule donc autour d'un fragile équilibre entre milieux privés et gouvernement. Mercier devient rapidement l'intermédiaire incontournable qui régit ces relations. La thèse s'appuie sur les archives bancaires et industrielles, mais aussi sur celles du gouvernement français et de ses différents ministères. Cette analyse de la carrière d'Ernest Mercier permet de retracer les origines du secteur pétrolier français et l'action déterminante d'un homme. Elle expose les mécanismes d'influence d'une puissante banque d'affaires et les conflits d'intérêts qu'engendre l'exploitation pétrolière. / Ernest Mercier is one of the most influential business managers in interwar France. His different industrial activities led him to oversee large areas of the French economy, notably in the energy sector. This thesis examines the career in oil of the man who played a central role in the development of an industry that became strategic but was still nascent when he joined this sector after First World War. Mercier assisted and oversaw the creation of a national oil industry. The obstacles in the path of France's oil ambitions were legion. The country was a latecomer on a market that was largely controlled by powerful foreign trusts. The search for oil and its exploitation require important resources which no single French company possessed on its own. Certain banks thus decided to approach oil business by allying themselves with the different international trusts. This was the case for the French bank Paribas, whose Romanian holdings Mercier managed. In this context, state intervention became necessary, although the government did not have the means to achieve the full scope of its ambitions in the oil sector. The national oil policy formulated during the interwar period had to involve French private interests. The creation of a national oil company, the Compagnie française des pétroles, involved several banks and industrial companies interested in oil. Mercier was personally chosen by French president Raymond Poincaré to take up this task. His career revolved around a fragile equilibrium between private interests and state intervention. Mercier rapidly became the intermediary that managed these relations. The thesis makes use of banking and industrial archives but also of government records. This analysis of Ernest Mercier's career enables us to review the origins of the French oil sector and the determining role of one man. It exposes the influence mechanism of a powerful French business bank and the conflicts of interest that oil exploitation engenders.

Les traceurs sont des espèces permettant de déterminer la position ou la distribution d'un produit et ceux-ci sont aujourd'hui présents dans de très nombreux domaines. Bien que chacune des applications possède un cahier des charges bien spécifique, il est possible de les retrouver dans des domaines aussi divers que la médecine (agents de contraste), l'anticontrefaçon ou encore l'exploration géologique. Nous avons ainsi développé des traceurs d'eau d'injection pétrolière composés de complexes de lanthanides. Ces traceurs, dérivés du DOTA, ont pu être détectés à des concentrations inférieures au ppb, grâce à un appareillage simple et compact. Cette détection fut rendue possible par l'utilisation de la fluorescence en temps résolu, qui permet de contourner le bruit de fond créé par la fluorescence intrinsèque des résidus pétroliers présents dans les eaux de production. Nous avons également montré comment il était possible, grâce à une synthèse en microémulsion, d'encapsuler différents luminophores au sein d'une nanoparticule composée d'un coeur d'or et d'une coquille de silice. Ainsi, ces nanoparticules ont pu être utilisées comme traceurs intelligents afin de recueillir des informations sur les propriétés physicochimiques au sein des puits comme la température, le pH, la proportion entre différents solvants, etc. Enfin nous avons pu montrer comment une utilisation judicieuse des lanthanides et des propriétés complexantes des inhibiteurs de dépôts minéraux pouvait permettre leur dosage grâce à une méthode à la fois simple et rapide. Ce dosage permettra alors d'ajuster leur concentration dans les différents puits de production de pétrole / Tracers are objects allowing the determination of the position or the distribution of a product; tracers are currently used in a great variety of domains. Despite the fact that each field has it's own specifications, it is possible to find tracers in medicine (contrast agents), anti-counterfeiting or geological exploration. We have developed lanthanide complex tracers for oil field injection waters. Those tracers, derived from the DOTA, have been detected at concentration lower than 1 ppb, thanks to a simple and compact apparatus. This detection has been made possible by the use of time-resolved fluorescence spectroscopy, this technique allows us to get rid of the background noise created by the intrinsic fluorescence of oil residues that are present in production waters. We also demonstrated how we can, through a reverse microemulsion synthesis, encapsulate several different dyes inside a single nanoparticle composed of a gold core and a silica shell. We showed as well, how those particles can be used as smart tracers to gather data, such as temperature, pH, solvents, etc. inside the well. Finally the use of lanthanides and scale inhibitors properties allowed us to create a simple and fast dosing protocol of such scale inhibitors in injection waters. This dosage will then allow the quick adjustment of their concentration inside each well

Une des méthodes de récupération assistée du pétrole les plus utiliséesest l'injection de polymères. L'efficacité de cette méthode est attribuée principalement à laréduction de la mobilité de la phase aqueuse et à la viscoélasticité des polymères. Cetteefficacité dépend de plusieurs paramètres comme la perméabilité, la température, la salinité,l'hétérogénéité, la mouillabilité, le nombre capillaire, etc. De nombreuses connaissances ontété accumulées s’agissant du rôle des polymères dans la récupération du pétrole. Néanmoins,il subsiste encore des questions importantes:• Quel est le meilleur moment pour l’injection de polymère?• Quel rôle joue la mouillabilité dans la récupération ultime de pétrole?• Comment les effets viscoélastiques influencent-ils la récupération?• Quel est le rôle l’adsorption du polymère dans le processus de récupération?Cette thèse, expérimentale, a pour but de fournir des données concernant ledéplacement diphasique (en conditions de mouillabilité intermédiaire et de mouillabilité francheà l’eau) et d’investiguer l’impact réel de la rhéologie sur l’efficacité de déplacement de l’huile.Des injections de polymères sont réalisées à différents stades de précocité (c’est àdire, à différents moments après l’injection d’eau). Les résultats montrent un impact significatifde la précocité du balayage de polymère sur les taux de récupération finale et apparait commeun facteur déterminant à prendre en compte. D’autre part, on observe une récupération plusfaible pour une mouillabilité franche à l’eau que pour une mouillabilité intermédiaire etl’adsorption et la viscoélasticité de la solution de polymère ne sont pas déterminants dans letaux de récupération (dans nos conditions) alors que nos résultats indiquent un changementde mouillabilité durant l’injection de polymère.Des expériences complémentaires de dispersion diphasique ont ensuite mis enévidence un lien direct entre la dispersivité et le taux de récupération final. / Polymer flooding is one of the most developed chemical enhanced oil recoverymethod that has been used successfully since decades. In this chemical EOR method, thepolymer is adding to a waterflood to decrease its mobility. The resulting increase in viscosityas well as a decrease in aqueous phase permeability improve macroscopic oil sweepefficiency. At the pore scale, viscoelasticity is known to be also a key parameter that controlsthe microscopic sweep efficiency. However this sweep efficiency depends on several factorslike the permeability, temperature, salinity, wettability, capillary number, heterogeneity, etc.Therefore several studies are still necessary to have a better understanding of the behaviourof the polymer inside porous media and to optimize the process.• What is the best moment to inject polymer?• What is the role of wettability in final recovery?• How do viscoelastic effects influence recovery?• What is the role of adsorption of the polymer in the recovery process?In our interest to optimize and to understand polymer flooding process we have analysed thedependence of the sweep efficiency with the moment of the polymer injection duringwaterflooding and wettability (Water wet and intermediate wet). The polymer solution isinjected in the core at different maturity times (0PV, Breakthrough, 1PV, 2PV, 3PV, 4PV and6PV).The main results can be summarized in three points .The results show oil recoveryfinal for water wet corefloods is lower than intermediate wet corefloods. On the other hand, theproduction of oil with the injection of polymer is higher than the injection of water due to afavorable mobility ratio. Finally, the final recovery rates are lower when the polymer injectionis late. These results suggest that the history of sweeping can lead to different distributions ofphases (oil/brine) at the end of the waterflood. The sweep efficiency is related to the ability ofthe polymer to disperse throughout the accessible portal space. We have analysed this aspectfrom the point of view of the diphasic dispersion by showing that the dispersivity of the phasesis different at each time of the water injection. The complementary diphasic dispersionexperiments showed a direct link between dispersivity and the final oil recovery.

Cette thèse propose une analyse de l’alliance stratégique américano–saoudienne depuis la fondation du royaume saoudien en 1932. Les fonctionnements sont traités à la lumière de périodes d’entente, de moments diffractés et de situations éclatées. L’histoire saoudienne contemporaine s’est mêlée intimement à la politique extérieure américaine. Si le pacte de Quincy (1945) représente la pierre angulaire d’une alliance stratégique marquée par l’équation du « pétrole saoudien contre protection américaine », cinq phases se dégagent. La première est celle des années 1960, avec l’arrivée du roi Fayçal et la promotion du panislamisme en support idéologique justifiant l’alliance avec les États-Unis contre le communisme et le nassérisme. La deuxième phase d’embellie débute à la fin des années 1970 avec le triomphe de l’imam Khomeiny et la guerre d’Afghanistan. La troisième phase est concomitante à la deuxième guerre du Golfe (1990-1991) : l’intervention américaine contre l’Irak et l’installation des troupes américaines sur le sol saoudien. La quatrième phase historique liée aux attentats du 11 septembre 2001, balaie beaucoup d’atouts du passé de la relation spéciale. Enfin, la phase actuelle qui dure depuis fin 2001 est riche d’enseignements pour les ratés et les intérêts vitaux mutuels. Au terme de cette recherche : la menace iranienne, la sécurité énergétique, les évolutions internes, la question palestinienne et le « printemps arabe » représentent autant de facteurs qui vont peser sur les liens entre Riyad et Washington. Le constat d’une alliance demeurant pour le moment indispensable pour les deux parties, n’empêche pas de s’interroger sur sa capacité à être remodelée et renouvelée. / This thesis proposes the analysis of the strategic alliance between the USA and Saudi Arabia from the foundation of the Saudi kingdom in 1932. The mechanisms are studied in the light of periods of understanding, cooler relations, and broken out situations. Contemporary Saudi history mingled closely with American foreign policy. If the Quincy Agreement (1945) represents the fundamental principle of a strategic alliance based on the system of “Saudi oil in exchange for American protection”, five stages can be brought out. The first stage starts in the 1960’s, when Faisal became king and when the promotion of Pan-Islamism was an ideological support for justifying the alliance with the USA against communism and nasserism. The stronger second stage began at the end of the 1970’s with the triumph of Imam Khomeini and the war in Afghanistan. The third stage is simultaneous with the Second Gulf War (1990-1991): the USA got involved against Iraq and American troops were sent to Saudi Arabia. The fourth historical stage related to the September 11, 2011 attacks, cancels many of the previous assets of this special relationship. Finally, the current stage which goes on from the end of 2001 is an enriching experience regarding the hiccups and the mutual and vital interests. At the end of this research: the Iraqi menace, the energy security, the internal evolutions, the Palestinian issue and the “Arab Spring” represent so many factors which will have a decisive influence on the links between Riyadh and Washington. If for the time being, we observe that the alliance remains essential for both parties, this should not prevent from wondering about its capacity to be restructured and renewed.

L'étude de la dispersion de matériaux inorganiques dans des médias organiques et aqueux est un facteur déterminant pour leur mise en œuvre industrielle. Ces matériaux trouvent leur application dans de nombreux domaines allant de l'industrie pétrolière à celle du polissage. Nous nous sommes intéressés à la stabilité de ces matériaux dans des médias tels que : (i) les solvants aqueux utilisés pour la formulation de suspensions abrasives, (ii) les eaux d'exploitations pétrolières et (iii) le pétrole brut et ses dérivés. Ceci dans le but d'améliorer les propriétés de luminescence de ces matériaux pour l'industrie pétrolière et les propriétés abrasives pour l'industrie du polissageNous avons ainsi développé des formulations stables de complexes de lanthanides (Ln) dérivés du DOTA et de nanoparticules (NPs) de sulfure de zinc dopées au manganèse, dans le but de tracer les eaux d'injections pétrolières. Ces matériaux ont été détecté par fluorescence en temps-résolu (TRF) et ce afin de contourner les problématiques liées à l'auto-fluorescence des produits pétroliers présents dans les eaux d'exploitation. Nous avons également étudié la dispersion de composés spécifiques dans des carburants, dans le but de proposer des nouveaux marqueurs anticontrefaçon pour le pétrole brut et ses dérivés. Enfin, nous avons cherché à améliorer la dispersion de nanoparticules de diamant dans des médias aqueux et ce afin d'optimiser l'efficacité des suspensions abrasives à base diamantées, utilisées pour le polissage du saphir plan a / The dispersion of inorganic materials in organic and aqueous media is a decisive factor for their industrial implementation. These materials are used in many areas from the oil industry to polishing. Herein, we focus on studying the stability of these materials in different media such as: (i) the aqueous solvents used for the formulation of abrasive slurries, (ii) the waters of oil operations and (iii) crude oil and its derivatives. Our objective is to improve the luminescence properties of these materials for the oil industry and the abrasive properties for polishing applications.We have developed stable formulations of lanthanide complexes (Ln) derived from DOTA and nanoparticles (NPs) of zinc sulfide doped with manganese for water-management in oil fields. These materials were characterized by time-resolved fluorescence (TRF) to solve the problems associated with the auto-fluorescence of petroleum products in the operating water.Furthermore, we studied the dispersion of specific compounds in different fuels in order to develop new anti-counterfeiting markers for crude oil and its derivatives. Finally, we tried to improve the dispersion of diamond nanoparticles in aqueous media in order to enhance the efficiency of diamond abrasive suspensions based for polishing sapphire a-plan

Pour augmenter le taux de récupération du pétrole, une des solutions chimiques utilisées consiste à injecter des mousses dans les milieux poreux. En effet, les mousses permettent sous certaines conditions de diminuer la mobilité et ainsi d’améliorer le balayage du réservoir. Cependant, les mécanismes contrôlant la mobilité des mousses ne sont pas bien compris. Nous proposons une approche microfluidique permettant une observation directe de l’écoulement des bulles dans un micromodèle de milieux poreux. Nous observons que l’écoulement n’est pas homogène dans le milieu poreux: il se fait uniquement dans quelques chemins. Le nombre de chemins préférentiels dépend de la qualité de la mousse et du nombre capillaire. Si nous simplifions le milieu poreux à une boucle, nous montrons que la formation des chemins préférentiels dépend de la taille de la boucle. En effet, les bulles sont bloquées dans la boucle uniquement quand la taille de la boucle est de l’ordre de grandeur de la taille des bulles. / Crude oil is already usually trapped into heterogeneous porous media. In order to increase the recovery efficiency, one of the chemical solutions consists in injecting foams in porous media to expel oil from the rock. Foam is indeed able in some cases to greatly decrease the mobility, leading to a better sweeping of the reservoir. However, the mechanisms controlling the foam mobility are not well known. We propose a microfluidic approach allowing a direct observation of the flow of bubbles in a model of porous media. We observe that the flow is not homogeneous in the porous medium: it is concentrated in some paths. The number of these preferential paths depends of the foam quality and the capillary number. If we simplify the geometry of the porous medium to a loop, we prove that the formation of preferential paths depends of the size of the loop. Indeed we can only immobilize the bubbles if the size of the loop is around the size of the bubbles.

En exploration pétrolière, la technique d'imagerie la plus couramment utilisée reste l'imagerie par sismique réflexion. Elle permet d'obtenir une première représentation des structures géologiques mais aussi une estimation du coefficient de réflexion des interfaces du sous-sol. Les variations de ce coefficient dépendent des paramètres pétrophysiques des milieux situés de part et d'autre de la discontinuité donnant naissance à la réflexion (densité et vitesses des ondes de propagation et de cisaillement). Une analyse de ces variations permet ainsi d'évaluer les paramètres élastiques qui sont des données indispensables et complémentaires à l'interprétation des réservoirs. Les traitements classiques consistent à étudier ces variations directement sur des données enregistrées en fonction du déport et du temps de propagation. L'analyse s'effectue par inversion d'une approximation linéaire des équations de Zoeppritz régissant les variations théoriques de l'amplitude. Nous proposons ici d'étudier les variations de l'amplitude après la phase d'imagerie, directement dans le domaine profondeur. Pour réaliser cette analyse, nous proposons un traitement spécifique après l'imagerie et avant l'analyse de l'amplitude pour corriger les impacts liés à la qualité du modèle de vitesse, à l'interférence des ondelettes entre deux réflexions proches et à l'étirement de l'ondelette. Ce traitement a aussi permis l'obtention d'un squelette du sous-sol conduisant à une première interprétation en profondeur des réflecteurs majeurs.