Dissociation des hydrates de méthane sédimentaires - Couplage transfert de chaleur / transfert de masse

La production de methane a partir des champs hydratiferes des fonds oceaniques est un procede promis a se developper et a atteindre l'echelle industrielle au cours des dix prochaines annees. Cependant, les premiers essais d'extraction de methane se sont reveles infructueux et difficiles a mener. Le phenomene de dissociation des hydrates de methane au sein d'une matrice poreuse reste mal connu et maitrise: la fusion des hydrates de methane engendre des ecoulements de fluide et des transferts thermiques au sein d'un milieu poreux. Les proprietes de ce milieu poreux evoluent donc avec la disparition de la phase hydrate et la presence eventuelle d'une phase glace au cours de la dissociation. Les transferts de masse et de chaleur doivent donc etre couples, afin de tenir compte premierement du changement de la permeabilite et deuxiemement de l'evolution de la conductivite thermique du systeme. Dans cette etude, les transferts de masse et de chaleur ont ete etudies numeriquement et experimentalement. Un modele numerique 2D est propose dans lequel les transferts de chaleur et de masse gouvernent la dissociation des hydrates de methane. Les resultats numeriques montrent la presence de gradients de pression et de temperature au sein du milieu poreux et l'evolution de la frontiere de dissociation selon le type de sediment utilise. Ce modele est utilise afin de dimensionner un dispositif experimental de dissociation de carottes sedimentaires partiellement saturees en hydrates de methane qui permet un suivi precis de la cinetique de dissociation. Le montage experimental est compose de cinq zones cylindriques de meme diametre (1/2 inch) mais de tailles differentes (pour une longueur totale de 2,6 m). Chaque zone est controlee en pression et en temperature. Chaque experience consiste en une cristallisation d'hydrates de methane au sein d'un milieu poreux, puis en une dissociation de ces memes hydrates par une methode de controle de la pression a une extremite du dispositif. La cinetique de dissociation est etudiee par le suivi de la pression dans un ballast (situe en aval du dispositif). Les resultats obtenus, via une etude parametrique, permettent de cibler les parametres cles de la dissociation de ces hydrates sedimentaires et d'observer leur impact sur la cinetique de dissociation. Deux regimes bien distincts de dissociation sont mis en evidence et caracterises selon les proprietes du sediment partiellement sature en hydrates de methane. Le role de la glace au cours de la dissociation est egalement etudie pour ces deux types de dissociation. Enfin, la correspondance des resultats numeriques et experimentaux est mise en evidence par comparaison de courbes de cinetique de dissociation et de courbes d'evolution de la pression au sein du milieu poreux.