Le problème de dépôt de paraffine dans les puits et les conduites de transport pétrolières monopolise des moyens humains et économiques conséquents. Sa prédiction s'avère donc importante pour optimiser sa gestion. Nous proposons une approche nouvelle pour mieux prédire la formation de ce dépôt: le brut paraffinique se comporte comme un matériau viscoplastique dont les paramètres dépendent de la température et de la teneur en cristaux de paraffine. Ainsi le dépôt résulte d'une combinaison subtile entre les effets thermiques, hydrodynamiques, thermodynamiques, la diffusion de la paraffine et la rhéologie du brut. Des essais expérimentaux ont été menés dans une conduite cylindrique sur la boucle Lyre a l' IFP-Lyon. Les résultats obtenus confortent la pertinence de l'approche proposée. Nous avons conçu également un dispositif expérimental "Couette Cylindrique" simple et économe capable de rendre compte des principaux mécanismes de dépôt. Les premiers résultats montrent que ce dispositif est adapté pour reproduire les dépôts de paraffine et peut fournir certains paramètres essentiels à la simulation numérique tel que le coefficient de diffusion. Nous avons développé un modèle numérique prenant en compte les phénomènes physiques mis en évidence expérimentalement : écoulement d'un matériau viscoplastique thermodépendant couplé à la diffusion Fickienne de paraffine. Ce modèle est capable de rendre compte qualitativement de la construction progressive du dépôt en conduite mais les temps de calcul sont très importants. Nous avons adapté ce modèle à la géométrie de Couette développée expérimentalement. Les temps de calcul sont alors beaucoup plus raisonnables et leurs résultats sont en accord avec ceux des premières expériences.

La stabilité des carburants en phase liquide est de premier ordre dans le domaine du transport. Par exemple, les carburants, les lubrifiants ou les additifs doivent être stables de leur production jusqu'à leur utilisation. Cette thèse a pour but de développer et de valider une méthodologie alliant l’acquisition de données expérimentales et le développement de modèles cinétiques pour l'autoxydation en phase liquide.Expérimentalement, une approche complémentaire a été mise en place pour obtenir à la fois des données de réactivité globales via un appareil PetroOxy et des profils d’espèces via un autoclave instrumenté.Numériquement, une méthodologie basée sur un générateur de mécanismes est proposée pour obtenir une chimie détaillée en phase liquide. Les paraffines linéaires et branchées sont étudiées comme des carburants modèles représentatifs de l'autoxidation de carburants réels afin de valider l’approche proposée. Ces familles chimiques sont représentatives de la composition des carburants réels et alternatifs.La réactivité des n-paraffines de C8 à C16 ainsi que d’isomères de l’octane a été étudiée en PetroOxy sur la gamme de température 373-433 K. Puis, des profils d’espèces détaillés de la phase gaz et de la phase liquide ont été obtenus durant l’étude de l’oxydation du n-C8 et du 2-methylheptane dans un autoclave à 383 K et 10 bars. Des mécanismes cinétiques détaillés ont été développé pour toutes les molécules jusqu’à C14. Les mécanismes reproduisent qualitativement la formation des espèces majoritaires lors de l’autoxidation des alcanes ainsi que les tendances observées liées à la longueur de chaîne et la ramification. L’analyse des mécanismes cinétiques a mis en avant le rôle prédominant des radicaux peroxy (ROO) et peroxy-hydroperoxyde (HOOQOO) dans la consommation de carburants modèles.Cette étude a permis d’améliorer la compréhension des processus d’autoxidation des alcanes linéaires et branchés. L’étude de nouveaux systèmes permettra d’améliorer la compréhension globale des processus d’autoxidation et, de réduire l’écart de compréhension existant entre l’autoxidation des carburants réels et des carburants modèles. / Liquid phase stability is a major concern in the transportation and the energy fields. Relevant examples are fuels, lubricants and additives which have to be stable from their production to their application (engine, combustors). This thesis aims to develop and validate a complete methodology combining both experimental data acquisition and the development of kinetic models for liquid phase autoxidation.The experimental methodology is based on a complementary approach to obtain (i) a global reactivity descriptor (Induction Periods) and (ii) detailed species profiles respectively using a PetroOxy device and an instrumented autoclave. Numerically, the presented methodology includes detailed liquid phase mechanisms generation with an automatic mechanism generator (RMG). Normal and iso-paraffins were selected as fuel surrogates for autoxidation to validate the developed methodology. They were selected regarding their large contribution in fuel composition and their growing interest as drop-in fuels.The reactivity of both n-paraffins from C8 to C16 and several C8 iso-paraffins was investigated over a wide temperature range (373-433 K) in the PetroOxy with liquid phase analyses. Then, detailed species profiles from the autoxidation of both n-octane and 2-methylheptane in autoclave were obtained at 383 K and 10 bars. Detailed liquid phase mechanisms were developed for all molecules tested up to C14. Mechanisms qualitatively reproduce the overall phenomenology of the chain length, the branching and the major species profiles observed experimentally. Mechanisms analysis allow to identify the main consumption pathways of alkanes through peroxy (ROO) and peroxy-hydroperoxide radicals (HOOQOO) over the temperature range investigated (373-473 K).This study permitted to increase the comprehension of autoxidation processes involved in normal and branched alkanes. The study of new chemical systems will increase the global comprehension of autoxidation processes and in fine it will reduce the gap between the current autoxidation knowledge and the real fuel autoxidation.

La cristallisation de la cire dans les huiles pétrolières est un processus qui se produit à la suite de changements dans les conditions de pression et de température dans lesquelles ils sont sur le gisement, et qui diminuent progressivement le long de ses processus de production, transport et de stockage. Sa précipitation et son dépôt sur les surfaces intérieures des pipelines nécessitent la mise en œuvre des techniques de guérison ou d'amélioration des propriétés des fluides, afin de réduire les pertes causées par leur accumulation, qui dans certains cas pourrait complètement paralyser le production d'une plante. L'étude du processus de précipitation des paraffines est basée sur la détermination des conditions de pression et de température dans lesquelles il se produit, et la caractérisation des phases coexistent en équilibre. Parmi les principales limites de ce processus, nous trouvons de la disponibilité et de la conception des appareils expérimentaux qui permettent la détection des températures de fusion finissantes et la séparation de phases sous pression, et le développement des méthodes chromatographiques pour l'identification et la quantification des paraffines lourdes. Le développement de modèles thermodynamiques qui décrivent le processus de précipitation des paraffines sont l'un des principaux outils pour l'anticipation et la prévention des processus de cristallisation des cires. Son efficacité dans l'estimation des conditions dans lesquelles les cristaux commencent à apparaître, ainsi que la quantité totale de solides qui pourrait être formée, dépendent de la conception des techniques expérimentales qui reproduisent les conditions réelles d'opération, et de recueillir des informations fiables du comportement de phase dans des mélanges des hydrocarbures. Dans ce travail de recherche s'est développé une méthodologie complète pour la détection et filtration des cristaux dans une gamme s'étendant à partir des conditions normales jusqu'à 800 bars et une méthode chromatographique d’haute température qui ont permis d'effectuer une évaluation du comportement de phase en fonction de la composition, la pression et la température, ainsi que l'identification et la quantification des paraffines. Le comportement de phase des mélanges de paraffines étudiés indiquent que les variations de pression et de température ont une grande influence sur la cristallisation des cires: les processus de compression isotherme refroidissement isobare diminuent la solubilité des cires et entraîner non seulement dans une augmentation de la quantité de solides précipités, mais dans une variante de sa nature. De plus, l'augmentation de la pression du système provoque une augmentation linéaire des températures de changement de phase des mélanges étudiés. Pour sa part, les différences de composition des mélanges étudiés ont généré des différences significatives dans leur température de changement de phase, mais pas dans la quantité de matières solides cristallisées. En général, des mélanges enrichis en paraffines lourdes ont produit une augmentation de leur WAT. Les résultats obtenus ont montré que l'effet prédominant sur le processus de cristallisation des cires correspond à la diminution de la température du système, ce qui conduit à la formation de quantités importantes de déchets solides. De plus, elles sont consistant avec le comportement de phase des mélanges de cires synthétiques, ce qui permet de conclure que la méthode expérimentale développé, constitué par le couplage de la technique de détection et de séparation de phase avec chromatographie en phase gazeuse à haute température, représente outil précis et fiable pour l'étude des processus de précipitation de la paraffine dans des conditions réelles d'opération, et qui a surmonté les limites expérimentales typiques de ces analyses. / The wax crystallization in oil fluids is a process that occurs as a result of changes in pressure and temperature conditions found in the site, and gradually decreasing along the production process, transport and storage thereof. Precipitation and deposition on the inner surfaces of pipelines require the implementation of healing techniques or to improve the properties of fluids, in order to reduce losses caused by their accumulation, which in some cases could come to a complete standstill production plant. The study of paraffin precipitation process is based on determining the pressure and temperature conditions in which it occurs, and the characterization of the phases coexist in equilibrium. The main constraints of this process, we found the availability and experimental design devices that allow detection of the onset temperatures of crystals and phase separation at high pressure and the development of chromatographic methods for the identification and quantification of paraffins high molecular weight. The development of thermodynamic models describing the precipitation of paraffins is one of the main tools for anticipating and preventing wax crystallization process. Its effectiveness in estimating the conditions that will start appearing crystals and the total amount of solid that could be formed, depends on the design of experimental techniques to reproduce the real operating conditions, and gather reliable information of phase behavior in mixtures hydrocarbon. In the present investigation a complete methodology for detecting and filtering crystals in a range extending to 800 bar normal conditions and a high temperature chromatographic method that allowed to carry out the assessment phase behavior developed in Depending on the composition, pressure and temperature as well as the identification and quantification of heavy paraffins. Phase behavior of mixtures of paraffins studied indicates that changes in pressure and temperature have a great influence on the crystallization of waxes: isothermal compression processes isobaric cooling and decrease the solubility of the wax and result not only in an increase in the amount of precipitated solids but in a variation of the nature thereof. Additionally, increasing the system pressure generated an increase in temperature of the phase change mixtures studied. For its part, the differences in composition of the mixtures studied generated significant differences in their phase change temperature but not in the amount of solid crystallized. In general, enriching the mixture to heavy paraffins produced an increase in their respective WAT. The results obtained showed that the predominant effect in the wax crystallization process corresponds to the temperature decrease of systems, leading to the formation of large quantities of solid waste. Also, these are consistent with the phase behavior of mixtures of synthetic waxes, which allows to conclude that the experimental methodology developed, consisting of the coupling and detection techniques phase separation gas chromatography with high temperature, represents accurate and reliable tool for the study of paraffin precipitation process in real operating conditions, and who overcame the typical experimental limitations of these analyzes.

L'objectif de cette thèse était d'évaluer quelques Metal-Organic Frameworks (MOFs), choisis en fonction de leur taille de pores, de leur volume poreux et de leur stabilité thermique, en adsorption et séparation des hydrocarbures. Pour étudier le comportement général des MOFs nous avons choisi des MOFs avec des centres métalliques insaturés, des MOFs à charpente anionique et des ZIFs neutres et avons étudié leur sélectivité en séparation de trois familles d'hydrocarbures, à savoir alcanes, alcènes, aromatiques. Les MOFs à centre métallique insaturé se comportent généralement comme des zéolithes polaires, les ZIFs comme des zéolithes apolaires et/ou comme des tamis moléculaires. Les adsorbants les plus prometteurs sont testés sur des séparations d'intérêt industriel telles que la séparation des isomères de xylène, la séparation des paraffines linéaires, monobranchées et di-branchées et l'adsorption sélective du thiophène en vu de l'évaluation de ces adsorbants en désulfuration des essences.

L'objectif de cette thèse était d’évaluer quelques Metal-Organic Frameworks (MOFs), choisis en fonction de leur taille de pores, de leur volume poreux et de leur stabilité thermique, en adsorption et séparation des hydrocarbures. Pour étudier le comportement général des MOFs nous avons choisi des MOFs avec des centres métalliques insaturés, des MOFs à charpente anionique et des ZIFs neutres et avons étudié leur sélectivité en séparation de trois familles d'hydrocarbures, à savoir alcanes, alcènes, aromatiques. Les MOFs à centre métallique insaturé se comportent généralement comme des zéolithes polaires, les ZIFs comme des zéolithes apolaires et/ou comme des tamis moléculaires. Les adsorbants les plus prometteurs sont testés sur des séparations d’intérêt industriel telles que la séparation des isomères de xylène, la séparation des paraffines linéaires, monobranchées et di-branchées et l’adsorption sélective du thiophène en vu de l’évaluation de ces adsorbants en désulfuration des essences. / The aim of this thesis was to evaluate several Metal Organic Frameworks (MOFs), selected based on criteria of pore size, pore volume and thermal stability, in adsorption and separation of hydrocarbons. For studying the general behavior of MOFs in hydrocarbon adsorption, we have chosen MOFs with open metal sites, MOFs with anionic frameworks and neutral ZIFs. The MOFs with open metal sites behave similar to polar zeolites, the ZIFs behave like apolar zeolites and/or like molecular sieves. Finally we selected the most interesting MOFs and tested them in several separations with industrial interest: xylene isomers, paraffin isomers and selective adsorption of thiophene for the purpose of fuel desulfuration.