Caractérisation des hydrates par calorimétrie (DSC) : application aux hydrates mixtes CO2+tetrahydrofurane (THF) et CO2+ 1,3 dioxolane (DIOX)

Les hydrates, de leur caractérisation à leur application. La formation de cristaux d’hydrates dans des solutions aqueuses suffisamment refroidies est un phénomène connu depuis longtemps. Pour certains, ces coulis hydrates pourraient piéger et stocker du CO2, ou transporter du froid. Pour d’autres, ces hydrates sont une nuisance, car leur agglomération provoque le blocage des canalisations. La cristallisation est souvent facilitée par la coexistence dans l’eau d’additifs (THF, TBPB, TBAB) et de gaz (CO2, fréons, hydrocarbures) produisant alors les hydrates mixtes. Les additifs promoteurs facilitent la cristallisation, quand les inhibiteurs tendent à l’empêcher. L’étude fine de ces hydrates, et en particulier des hydrates mixtes, est un champ de recherche nouveau et encore largement inexploré. Les changements de phase peuvent associer trois phases (gaz, liquide et solide) et mettent en jeu des transferts couplés de masse et de chaleur. Ils sont donc complexes à décrire comme à caractériser expérimentalement. Établir les grandeurs thermodynamiques de base (compositions, densités et chaleurs spécifiques des différentes phases, chaleurs latentes de fusion) nécessite d’associer une calorimétrie fine et bien contrôlée à une analyse rigoureuse des processus en cours. De même, la mesure des propriétés thermophysiques (conductivité thermique, viscosité, coefficient de transfert thermique, voire diffusivités) soulève de nombreuses questions méthodologiques. D’autre part, des applications de ces hydrates mixtes sont déjà envisagées, potentiellement attractives comme la séparation et capture de CO2, ou le transport de froid (réfrigération secondaire) voire le stockage de froid, etc. Pour ces applications l’introduction d’un degré de liberté supplémentaire (une variation de la pression de gaz agit sur la température de fusion) ouvre un nouveau champ de possibilités. En contrepartie, la présence de trois phases et la nécessité de gérer le couplage entre flux de masse et flux de chaleur imposent à ces procédés nouveaux des contraintes spécifiques. Les hydrates, simples ou mixtes, sont donc étudiés dans différents laboratoires en France, laboratoires académiques ou industriels. Si les buts visés à long terme diffèrent, les problématiques sont communes. L’intention de cette journée sous l’égide de la SFT est d’initier un cycle de rencontres où ces différents acteurs partageront acquis, questionnements, hypothèses et, qui sait, solutions