To meet the global hydrocarbon energy demand, it is imperative either to enhance the production from existing fields by applying innovative engineering solutions or discovering new field /resource areas. Both of these options are investigated by petroleum engineers intensively to tackle the challenges of meeting the ever-increasing demand. Meeting the energy demand as, like any other developing country, Jordan is facing a formidable challenge and requires exploration for conventional and unconventional hydrocarbon resources. As Jordan has a long exploration history for conventional reservoirs, Unconventional resource exploration and production seems to be the way to find new energy sources. Different exploration wells were drilled to evaluate the hydrocarbon potential. This research work is focusing on an experimental investigation to evaluate Jordanian hydrocarbon potential as well as to provide recommendations for future exploration activities in shale resources. The Evaluations were performed through comprehensive laboratory experiments that include measurements of Total Organic Content, Grain density, Pore Size Distribution, Specific Surface Area (BET), Mineralogy, Thermogravimetry Analysis, and Rock-Eval pyrolysis. The petrophysical properties (TOC, grain density, pore size distribution) of Jordanian shale (nine different wells) are investigated. The TOC and grain density are in an inversely proportional relationship. The TOC results show a gradual increment with the depth. All the samples have higher porosity dominated by macro pores. Fourteen (14) samples were selected primarily based on TOC (above 1.5%) for further analysis. The specific surface area results show a proportional relationship with the TOC content. Considering the petrophysical properties and mineralogy, these Jordanian shales broadly can be considered as high porosity clay and mudstone type of shale. Thermogravimetry analysis (TG/DTG) results indicate quantitative information related to organic and inorganic matter. Detection of thermos-reactive minerals, especially clay, carbonate, muscovite, pyrite is possible due to the combination of TG/DTG/DSC. The samples are examined under three different procedures which includes different heating programs. The oxidizing and inert atmospheric conditions (procedure i & ii) have the same heating program whereas procedure iii (inert atmospheric condition) has a heating program similar to the Rock-Eval pyrolysis program. The results of these samples show the complex nature of shale as well as organic matter by reacting in different stages (two or, three stages). Depending of the maturity of organic matter, the reaction occurring temperature range varies. Maximum oxidization reaction peaks happen between 479°C to 502°C. The maximum pyrolysis reaction peaks between 498°C to 521°C. Compared with complex heating (procedure iii) and rock Eval pyrolysis, S2 results indicate a high amount of inorganic compounds. Considering TGA reaction peaks and rock Eval pyrolysis results, these Jordanian shales indicate immature with low hydrocarbon generation potential. The Jordanian shale samples are analyzed by using Rock-Eval pyrolysis. Analysis results are used to interpret petroleum potential in rocks. The most important information includes organic matter types (also connected with the depositional settings), organic matter thermal maturity, and the remaining hydrocarbon generation potential in the current form. The organic geochemical analysis results indicate mostly poor to no source rock potential except JF2-760 samples. The hydrogen index (HI) and oxygen index (OI) result suggests that type iii kerogen and type iii/ iv kerogen are most likely from terrestrial and varied settings origin. The low hydrogen, as well as, low S2 value indicate very little hydrocarbon generation potential. Similarly, The Tmax and PI data indicate immature to early mature source rock status and low conversion scenario. Furthermore, the supercritical CO2 is injected into the samples, which is similar to gas flooding experiments to understand the recovery process. Hydrocarbon recovery or, CO2-shale interaction is determined by comparing three different properties (TOC, SSA, and TGA) pre-and-post supercritical CO2 injection. Supercritical CO2 injection in immature shale shows very limited property changes (TOC, SSA, and TGA) to the samples. However, in presence of hydrocarbon the pre-and post-injection property changes TOC, TGA, and SSA (BET) are noticeable enough to conclude HC recovery. Although in the case of immature shale with no hydrocarbon potential the kerogen or bitumen extraction has not been detected, which can be significant in the case of greenhouse gas storage, especially CCUS. This could reduce the risk of Organic Matter (OM) migration possibility in case immature shale formation is present in a suitable geological location.

Carbon dioxide capture, transportation, and storage has been identified as the most promising way to reduce anthropogenic carbon dioxide (CO2) released into the atmosphere. Efforts made to achieve this purpose include the Paris (Climate) Accord. This agreement seeks to encourage countries to take the issue of rising global temperatures seriously. With nearly all countries signing this agreement, many CCTS projects are expected. Pipelines are employed in the transportation of CO2. CO2 fluids contain impurities that affect the fluid properties and flow dynamics, but pipelines are mostly designed assuming that the CO2 fluid is pure. CO2 pipeline fluids contain at least 90 % CO2 with the balance made up of impurities. The impurities include nitrogen, methane, oxygen, hydrogen, sulphur dioxide, hydrogen sulphide, carbon monoxide, ammonia, argon, etc. The effects of the impurities are studied using simulation software; Aspen HYSYS, gPROMS and HydraFlash. The results show that all impurities impacted negatively on transportation. At equal concentrations, hydrogen had the greatest effect on fluid properties and hydrogen sulphide the least impact. At the specified allowable concentration, nitrogen had the worst effect on pressure loss (32.1 %) in horizontal pipeline, density, and critical pressure. Carbon monoxide (with only 0.2-mol %) had the smallest effect in pressure drop (0.3 %). Analysis of supercritical and subcritical (or liquid) CO2 fluid transportation shows that subcritical fluids have higher densities (more volume transported) and lower pressure losses than supercritical fluids. Subcritical fluid transportation would therefore have lower pipeline transportation costs than supercritical fluids. Also, soil heat conductivity has greater effect than ambient temperature in buried pipelines. Simple equations that approximate binary CO2 fluid properties from pure CO2 properties were developed and presented.

Für eine effiziente und nachhaltige Nutzung von Georeservoiren sind bestmögliche Reservoirmanagementverfahren erforderlich. Oft setzen diese Verfahren auf Tracer-Tests. Dabei enthalten die aufgezeichneten Tracersignale integrale Informationen der Reservoireigenschaften. Tracer-Tests bieten somit eine leistungsfähige Technik zur Charakterisierung und Überwachung der bewirtschafteten Georeservoire. Im Gegensatz zu Tracer-Tests mit konservativen Tracern, welche bereits etablierte Testroutinen zur Verfügung stellen, ist die Verwendung von reaktiven Tracern ein neuer Ansatz. Aufgrund unpassender physikalisch-chemischer Modelle und/oder falschen Annahmen ist die Analyse und Interpretation von reaktiven Tracersignalen jedoch oft verzerrt, fehlinterpretiert oder sogar unmöglich. Reaktive Tracer sind dennoch unersetzbar, da sie durch die gezielte Ausnutzung selektiver und spezifischer Reaktionen mögliche Metriken von Reservoirtestverfahren auf einzigartige Weise erweitern. So liefern reaktive Tracer für ein integriertes Reservoirmanagement geforderten Aussagen über Reservoirmetriken wie z.B. Wärmeaustauschflächen oder in-situ Temperaturen. Um Unsicherheiten bei der Auswertung von Tracerexperimenten zu reduzieren, werden theoretische und experimentelle Untersuchungen zu hydrolysierenden Tracern vorgestellt. Diese Tracer sind durch ihre Reaktion mit Wasser charakterisiert. Einerseits können sie als thermo-sensitive Tracer Informationen über Temperaturen und abgekühlte Anteile eines beprobten Reservoirs liefern. Für die Interpretation von thermo-sensitiven Tracerexperimenten sind die Kenntnis der zugrunde liegenden Reaktionsmechanismen sowie bekannte Arrhenius-Parameter Voraussetzung, um die verwendete Reaktion pseudo erster Ordnung nutzen zu können. Darüber hinaus ermöglichen die verwendeten Verbindungen durch ihre Fluoreszenzeigenschaften eine Online-Messung. Um die Empfindlichkeit und praktischen Grenzen thermo-sensitiver Tracer zu untersuchen, wurden kontrollierte Laborexperimente in einem eigens dafür entwickelten Versuchsaufbau durchgeführt. Dieser besteht aus zwei seriell geschalteten Säulen, die beide mit Sand gefüllt sind und jeweils auf eine eigene Temperatur eingestellt werden können. Somit ist es möglich, verschiedene thermische Einstellungen zu betrachten. Die untersuchten experimentellen Szenarien imitieren größtenteils Feldanwendungen: Durchflussexperimente sowie auch Experimente mit einer Umkehr der Fließrichtung. Darüber hinaus wurde untersucht, ob thermo-sensitive Tracer auch sensitiv gegenüber der Position der Temperaturfront sind. Dabei wurden die Tracer kontinuierlich oder gepulst injiziert. Die Ergebnisse bestätigen die zugrunde liegende Theorie experimentell. Wenn die pH-Abhängigkeit der Hydrolyse bei der Analyse berücksichtigt wird, kann eine Temperaturschätzung mit einer Genauigkeit und Präzision von bis zu 1 K erreicht werden. Die Schätzungen sind von Verweilzeit und gemessenen Konzentrationen unabhängig. Weiterhin lässt sich eine Schätzung über den ausgekühlten Anteil des Systems erhalten. Durch die steuerbaren und definierten Laborbedingungen ist es erstmals möglich, die geforderte Anwendbarkeit von thermo-sensitiven Tracern belastbar nachzuweisen. Des Weiteren wird eine zweite Anwendung hydrolysierender Tracer vorgeschlagen. Beim Lösen von CO2 für „Carbon Capture and Storage“-Anwendungen hängt die Effizienz maßgeblich von der Grenzfläche zwischen CO2 und der Sole in tiefen Reservoiren ab. Somit ist diese Metrik wichtig, um die Effizienz der CO2 Auflösung in Wasser zu bewerten. Die gezielt entwickelten Kinetic-Interface-Senitive-Tracer (KIS-Tracer) nutzen, zusätzlich zur Hydrolyse an der Grenzfläche, die unterschiedlichen Lösungseigenschaften von Tracer und Reaktionsprodukt im entsprechenden Fluid. Somit lassen sich potentiell Aussagen über die Dynamik der Grenzfläche machen. Neben dem grundlegenden Konzept sowie den theoretischen Tracer-Anforderungen wird eine erste Anwendung im Laborexperiment vorgestellt. Diese zeigt das erfolgreiche, zielorientierte Moleküldesign und bietet eine experimentelle Basis für ein makroskopisches numerisches Modell, mit welchem numerische Simulationen verschiedener Testszenarien durchgeführt werden, um das Zusammenspiel von KIS-Tracer und dynamischer Grenzfläche zu untersuchen. Aufgrund der Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit hydrolysierender Tracer werden in der Regel auch thermische Signale aufgezeichnet. Der letzte Teil prüft die Möglichkeit, Informationen aus den aufgezeichneten Temperaturen zu extrahieren. Für ein idealisiertes Einzelkluftsystem wird eine Reihe von analytischen Lösungen diskutiert. Aus thermischen Injektion-/Entzugsversuchen können damit räumliche und zeitliche Profile abgeleitet werden. Mit der Verwendung von mathematisch effizienten Inversionsverfahren wie der iterativen Laplace-Transformation lassen sich rechentechnisch effiziente Realraum-Lösungen ableiten. Durch die Einführung von drei dimensionslosen Kennzahlen können die berechneten Temperaturprofile auf Bruchbreite oder Wärmetransportrate, wechselnde Injektions-/ Pumpraten und/oder auf in der Nähe beobachtbare räumliche Informationen analysiert werden. Schließlich werden analytische Lösungen als Kernel-Funktionen für nichtlineare Optimierungsalgorithmen vorgestellt. Zusammenfassend bearbeitet die vorliegende Arbeit den Übergang zwischen Tracerauswahl und Traceranwendung. Die Ergebnisse helfen Planungs- und Analyseunsicherheiten zu reduzieren. Dies wird bezüglich der Empfindlichkeit gegenüber Temperaturen, Kühlungsanteilen, flüssig/flüssig-Grenzfläche, Kluftbreite und Wärmetransportrate gezeigt. Somit bieten die vorgestellten Tracerkonzepte neue Metriken zur Verbesserung von Reservoirmanagementverfahren. Die experimentellen Ergebnisse und die neuen analytischen Modelle ermöglichen einen tiefen Einblick in die kollektive Rolle der Parameter, welche die Hydrolyse und den Wärmetransport in Georeservoiren kontrollieren.

Le procédé d’imprégnation par voie CO2 supercritique est une solution prometteuse pour préparer des implants polymère à libération contrôlée de médicaments.Ce travail a permis de comprendre l’influence des paramètres gouvernant ce procédé et de préciser dans quelle mesure ce procédé peut être utilisé pour préparer des implants polymères chargés en médicament. Pour ce faire, nous avons combiné les informations obtenues grâce aux techniques classiques de caractérisation de polymères et à un dispositif que nous avons développé basé sur la micro-spectroscopie FTIR haute pression in situ.Dans cette étude, des fils de suture de PLLA, PP and PET ont été imprégné avec deux anti-inflammatoires (aspirine et kétoprofène).Tout d’abord, l’évolution du comportement des systèmes binaires médicament/CO2 (solubilité et spéciation) et polymère/CO2 (quantité de CO2 adsorbé, gonflement de la matrice, évolution de la microstructure et des propriétés de tension du polymère) a été déterminé en fonction de la pression et de la température. Ensuite, le procédé d’imprégnation a été étudié. L’influence des conditions expérimentales sur le taux d’imprégnation a été déterminée et expliquée par la quantité de CO2 adsorbé, le gonflement de la matrice, la solubilité du médicament, l’évolution de la microstructure du polymère et aussi l’affinité médicament/polymère. La matrice de PLLA a pu être plus largement imprégnée (jusqu’à 32%) que celles de PP et PET (5% max). Enfin, l’influence des conditions d’imprégnation et de dépressurisation sur le relargage a été démontrée sur le système PLLA/Kétoprofène, la durée de relargage variant de 3jours à 3mois. / The scCO2 impregnation process is a promising alternative to other manufacturing process to prepare drug-eluting polymer implants.This work enabled to rationalize the influence of the key parameters governing this process and to determine in which extent this process can be used to prepare drug-eluting implants. We have combined the information obtained with traditional polymer characterization techniques and a newly characterization set-up we have developed that is based on in situ FTIR micro-spectroscopy. We have worked on the impregnation of sutures made of PLLA, PP and PET with two anti-inflammatory drugs namely ketoprofen and aspirin.Firstly, the thermodynamic behaviors of the systems drug/CO2 (solubility and speciation of the drug) and polymer/CO2 (CO2 sorption, polymer swelling, evolution of the polymer microstructure and of the tensile properties) were studied as a function of pressure and temperature. Then, the scCO2 impregnation process was investigated. The impact of the operational conditions on the drug loading (contact time, pressure, temperature and depressurization conditions) was explored and accounted regarding to the CO2 sorption, the2swelling, the drug solubility as well as the changes in the polymer microstructure with the experimental conditions and the presence of the drug. The drug/polymer affinity was also explored. The tensile properties of the impregnated fibers were also evaluated. PLLA was more impregnated (up to 32%) than PP and PET (up to 5%) in the investigated conditions. Finally, we have shown that the drug release can be tuned from 3 days to 3 months by varying the impregnation and depressurization conditions on the system PLLA/Ketoprofen.

The main aim of the thesis was focused on hygrothermal simulation of critical details of two prefabricated wooden buildings - especially connections of the perimeter wall to monolithic foundations, respectively with waterproofing layer. The composition of the external walls of these selected buildings has quite different compositions and thus different potentials of drying integrated moisture from the components. Practical measurement of moisture weight-content was applied to the wooden bottom plate, which is in direct contact with the concrete slab structures. The influence of different design solutions on hygrothermal characteristics of the wooden plate was examined with regards to the risk of mould growth, analysis of mass loss due to the decay fungi and with the aim to estimate the durability of the studied details of prefabricated wooden houses. The subsequent research focused on the differences in physical and mechanical properties of natural spruce wood (Untreated, (-), A) and impregnated spruce (Treated, (+), B) using supercritical CO2 and its possible impact on wood protection for mould growth. Samples of identical Untreated and Treated spruce were collected in the laboratory and subjected to thermal and hygrothermal experiments. The comparison of the resulting values of the individual experiments is presented. Required values needed for numerical calculations were obtained from these experiments. In conclusion, the summary of founded comparison is presented. The mould growth analysis and its influence on the durability of wooden structures offer a view of the behaviour of the structures. Relevant findings and recommendations for the future praxis are mentioned.

Le développement actuel des piles à combustible SOFC fonctionnant à température intermédiaire suppose l'optimisation des méthodes de synthèse et de mise en forme pour les matériaux nouveaux développés au cours des dernières années. En effet, les propriétés électrochimiques de ces dispositifs sont étroitement liées aux caractéristiques des poudres de départ ainsi qu'à la microstructure des électrodes (ou de l'électrolyte) après leur mise en forme. Une amélioration significative des dites propriétés peut être obtenue par la nanostructuration des matériaux. Dans ce contexte, ce travail de thèse est consacré à l’élaboration du matériau de cathode Nd2NiO4+d ainsi que du matériau d'électrolyte Ce1-xAxO2-d. Les méthodes mises en œuvre sont la synthèse de nanopoudres en milieux éthanol/eau supercritiques et par voie pyrosol ainsi que le dépôt de couches minces en milieu CO2 supercritique. Les objets obtenus ont enfin été caractérisés par spectroscopie d'impédance électrochimique afin de quantifier leur performance pour l’application SOFC. / The ongoing development of Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cells implies the optimization of the synthesis and deposition methods for the new materials developed these past years. Indeed, electrochemical properties of these materials are closely linked to the initial powder characteristics as well as the electrode (or electrolyte) microstructure after deposition. Significant improvement of the aforementioned properties can be obtained via nanostructuration of the materials. Thus, this thesis is dedicated to the synthesis of the cathode material Nd2NiO4+d and the electrolyte material Ce1-xAxO2-d. Methods employed are namely nanopowder synthesis in water/ethanol supercritical mixtures and spray pyrolysis as well as thin film deposition in supercritical fluids. The obtained objects have finally been characterized by electrochemical impedance spectroscopy in order to assess their performance for the SOFC application.