Etude microfluidique du colmatage d'un milieu poreux modèle par un écoulement de suspension

When suspensions of solid particles flow through a porous medium, they can accumulate in certain regions of the flow, forming plugs and leading to clogging. This problem has a negative impact on many applications as it reduces the permeability of the media. Because of its complexity, most recent studies focus on the pore scale through pore models and structures that mimic a porous medium such as simple constrictions.For this project, we tried to describe and understand this phenomenon at a larger scale (porous medium scale). To do so, we have chosen a micromodel approach in which two-dimensional model porous media are fabricated using microfluidic techniques. Thanks to direct observations and image analysis, we were able to follow the fluid trajectories, define different clogging regimes that vary according to the conditions and injection parameters, typically the injection rate, the size and the mass fraction of the particles. In a second phase of the project, we studied a strategy to limit or delay the accumulation of particles, which consists in disturbing the flow by applying periodic pressure signals, and to evaluate the effect of the variation of the characteristics of these signals (frequency, amplitude) on the different clogging regimes observed. The objective of the thesis is to see to how will these clogging mechanisms known at the pore scale extend to a larger scale. In our case we have limited ourselves to geometrical mechanisms (bridging and filtration) which do not involve particle/particle or particle/wall interactions. And we tried to study, thanks to bidisperse suspensions, how the presence of a too small quantity (<1%) of particles of size equivalent to the size of a pore can change totally the clogging regime.Lorsque des suspensions de particules solides s'écoulent dans un milieu poreux, elles peuvent s'accumuler dans certaines régions de l'écoulement, former des bouchons et conduire à du colmatage. Ce problème, influe négativement sur plusieurs applications vu qu'il réduit la perméabilité des milieux. À cause de son caractère assez complexe, la plupart des études récentes s’intéressent à l’échelle du pore à travers des modèles de pores et des structures imitant un support poreux tels que des simples constrictions.Pour ce projet, nous avons essayé de décrire et de comprendre ce phénomène à une échelle plus large ( échelle du milieu poreux). Pour ce faire nous avons choisi une approche du type micromodèle dans le cadre de laquelle des milieux poreux modèles à deux dimensions sont fabriqués en utilisant des techniques microfluidiques. Grâce à des observations directes et à de l'analyse d'image, nous avons pu suivre les trajectoires des fluides, définir différents régimes de colmatage qui varient suivant les conditions et les paramètres d'injection typiquement le débit d'injection, la taille et la fraction massique des particules. Dans une deuxième phase du projet, nous avons étudié une stratégie pour limiter ou retarder l'accumulation de particules, qui consiste à perturber l'écoulement en appliquant des signaux périodiques de pression, et évaluer l'effet de la variation des caractéristiques de ces signaux (fréquence, amplitude) sur les différents régimes de colmatage observés. L'objectif de la thèse est de voir à quel point les mécanismes de colmatage connus à l'échelle du pore peuvent-ils s'étendre à une échelle plus large . Dans notre cas on s'est limité aux mécanismes géométriques (pontage et filtration) qui ne font pas intervenir les interactions particule/particule ou particule/paroi. Et nous avons essayé d'étudier, grâce à des suspension bidisperses, comment est ce que la présence d'une quantité trop faible (