Couplage adsorption/gonflement en milieu microporeux: nouvelle technique expérimentale et modèle poromécanique associé
Résumé
Ce travail vise à obtenir une meilleure compréhension du couplage entre adsorption et déformation dans les milieux microporeux. On considère ici des solides poreux entièrement saturés dont la taille de pores est inférieure à 2nm. Le ciment, les roches tight, les charbons actifs ou les charbons naturels répondent à cette définition. Expérimentalement, différents auteurs ont essayé de combiner des résultats d'adsorption de gaz avec des données de déformations volumiques, particulièrement pour les charbons naturels bitumineux. Cependant, les mesures d'adsorption et de déformation sont rarement réalisées simultanément, ni même sur le même échantillon [1]. Les quelques résultats de mesures simultanées présentes des déformations volumiques extrapolées à partir de mesures locales ou en suivant l'expansion bidimensionnelle de la silhouette [2]. Le but de ce papier est de présenter un nouveau montage expérimental où les quantités adsorbées et le champs surfacique complet de déformations mécaniques sont mesurés in-situ et simultanément, par manométrie et corrélation d'images respectivement. Des expériences sur charbons actifs à 30°C, saturés en CH4 et CO2, respectivement jusqu'à une pression bulk de 120 et 50 bars, sont présentées. Des déformations irréversibles sont observées. D'autre part, un modèle poromécanique, récemment proposé [3], est étendu afin de tenir compte de l'évolution de porosité avec la déformation. Un nouveau schéma incrémental non-linéaire est proposé où les grandeurs poromécaniques évoluent à chaque incrément de pression en fonction des variations de porosité. Les interactions entre déformations et isothermes d'adsorption sont examinées. Une correction du formalisme classique de Gibbs est proposée. Les déformations prédites sont comparées aux résultats de la littérature et à nos propres données expérimentales.