Magnetic Resonance Imaging Measurements in Engineering Science

Abstract

Le champ d'application de la Resonance Magnetique Nucleaire est vaste : elle est utilisee couramment comme methode spectroscopique d'analyse en chimie, pour la resolution de structures d'echantillons solides et biologiques ou encore, plus recemment, pour des etudes metaboliques. Le grand public connait l'existence de la RMN par les images anatomiques et fonctionnelles dans le domaine medical. Si ces methodes ont conquis une grande variete d'utilisateurs, c'est parce qu'elles donnent acces a des parametres a la fois a l'echelle moleculaire et macroscopique et qu'elles permettent de suivre des phenomenes dans le temps. L'imagerie par resonance magnetique (IRM) permet notamment d'acceder aux heterogeneites structurales a l'echelle de quelques centaines de microns, aux cartographies de concentration, de vitesse, voire de temperature. Alors que l'IRM est utilisee de facon efficace dans des systemes du genie civil et de l'agroalimentaire, nous developpons ici quelques exemples d'etudes dans le domaine des sciences pour l'ingenieur au sens large : transport en milieux poreux, rheologie de fluides complexes et transport d'eau dans des membranes polymeres. Ces etudes ont en commun de mettre en oeuvre des appareillages et methodologies dedies aux objets et aux conditions experimentales. Elles ont ete realisees sur des spectrometres operant a des champs magnetiques de 2.34 T (Bruker Biospec 24/40, 100 MHz) et 14.1T (Bruker AVANCE III a large entrefer, 600 MHz). Ecoulements diphasiques en milieu poreux L'etude des ecoulements diphasiques en milieu poreux revet un interet considerable dans l'industrie petroliere (estimation des reserves exploitables, optimisation des techniques de recuperation…) mais egalement dans le secteur de l'industrie chimique (reacteurs catalytiques, separation et extraction) ou dans le domaine de l'hydrogeologie (pollution des aquiferes par les NAPL). Ceci explique l'importance des travaux visant a ameliorer la description des ecoulements multiphasiques en milieu poreux. En particulier, l'ecoulement simultane de deux fluides non miscibles (eau-huile) dans un milieu poreux n'est pas toujours bien decrit par la loi de Darcy generalisee qui ne prend en compte que la saturation en eau-huile en tant que variable descriptive supplementaire. En utilisant la technique d'IRM, nous avons cherche a etudier le deplacement de deux fluides non miscibles, l'eau et l'huile, dans un milieu poreux en examinant les effets simultanes des forces de gravite, de viscosite et de tension superficielle. Il est connu que le caractere mouillant ou non-mouillant de chacun des fluides, a l'egard de la phase solide composant le milieu poreux, est un facteur important et joue par exemple un role essentiel dans la recuperation assistee des hydrocarbures. Nous nous sommes interesses plus particulierement a la dynamique du front de deplacement eau-huile, a sa deformation et au piegeage de l'huile.