L'équipe collaborative internationale de l'Université d'agriculture et de technologie de Tokyo (TUAT, Japon), IIT Ropar (Inde), Université d'Osaka. (Japon) a découvert que « partiellement la miscibilité, " dans lequel deux liquides ne se mélangent pas complètement avec une solubilité finie, est capable de déformer l'interface liquide-liquide. Cette déformation interfaciale est due au mouvement spontané entraîné par la séparation de phase entre les espèces solubles, et est un phénomène qui ne peut pas être vu avec complètement mélangé (entièrement miscible) avec une solubilité infinie ou (presque) non miscible sans solubilité.

Les chercheurs ont publié leurs résultats dans Liquides d'examen physique le 29 octobre, 2019.

Le processus de déplacement d'un fluide dans un milieu poreux en injectant un autre fluide est important dans les réactions et les séparations dans les processus chimiques, ainsi que dans la récupération assistée du pétrole et le CO 2 séquestration. En particulier, lorsqu'un fluide moins visqueux déplace un fluide plus visqueux, l'interface entre les deux fluides devient hydrodynamiquement instable et se déforme en forme de doigt. Ce phénomène est appelé « doigté visqueux, " et il a été étudié depuis les années 1950 comme un problème de dynamique des fluides. Maintenant, il est bien connu que les propriétés de ces deux fluides peuvent être traditionnellement classées selon qu'ils sont totalement miscibles ou non miscibles. D'autre part, lorsqu'un fluide plus visqueux déplace un fluide moins visqueux, classiquement l'interface s'étale de manière stable, indépendamment du fait que les deux fluides soient totalement miscibles ou non miscibles.

« On sait depuis longtemps que deux fluides sont partiellement miscibles dans les processus souterrains avec des conditions de haute pression, comme la récupération du pétrole et le CO 2 espace de rangement, ", a déclaré le Dr Nagatsu, auteur correspondant de l'article et professeur agrégé au Département de génie chimique de la TUAT. "Toutefois, la sous-estimation complexe de la dynamique interfaciale dans les systèmes partiellement miscibles n'a pas été bien étudiée. L'une des raisons est que la recherche sur le déplacement des fluides a été principalement menée par des chercheurs en mécanique des fluides jusqu'à présent, et ils ont manqué de trouver les systèmes expérimentaux qui sont partiellement miscibles à la température ambiante et à la pression atmosphérique."

L'équipe de recherche a réussi à changer la miscibilité du système en entièrement miscible, non miscible, et partiellement miscible avec peu de changement dans les viscosités des liquides à haute ou faible viscosité à température ambiante et pression atmosphérique en utilisant un système aqueux à deux phases constitué de polyéthylène-glycol (PEG), sulfate de sodium, et de l'eau et en modifiant la concentration en sel (sulfate de sodium) (voir figure a).

"Nous avons constaté qu'une nouvelle déformation interfaciale est observée dans le cas où les deux liquides sont partiellement miscibles (voir Fig. c) lorsqu'un liquide plus visqueux déplace un liquide moins visqueux dans une cellule Hele-Shaw (Fig. b) qui est un modèle qui imite l'écoulement dans un milieu poreux. Ceci est très contre-intuitif car aucune déformation n'a lieu dans une telle situation lorsque les deux fluides sont totalement miscibles ou non miscibles (Fig. b). Nous avons montré que cette instabilité interfaciale est due à flux entraîné par séparation de phases entre les espèces solubles, " explique Nagatsu.

"Notre résultat montre que l'effet de la miscibilité partielle des liquides sur l'hydrodynamique interfaciale n'est pas au milieu de totalement miscible et non miscible, mais a des propriétés complètement différentes. Nous soulignons que cela ouvrira un nouveau domaine de recherche interdisciplinaire impliquant l'hydrodynamique et la thermodynamique chimique. Aussi, le déplacement avec miscibilité partielle dans un milieu poreux a lieu dans le processus de récupération du pétrole de la formation et du CO 2 procédé d'injection dans la formation, et donc notre découverte devrait contribuer à améliorer la précision de la prédiction des phénomènes de ces processus, " ajoute Nagatsu.