Le mécanisme d'action des désémulsifiants pour pétrole brut repose sur le principe de transfert de phase et de déformation inverse. Lors de l'ajout d'un désémulsifiant, une transition de phase se produit : des tensioactifs capables de générer une émulsion de type opposé à celle formée par l'émulsifiant (appelés désémulsifiants de phase inverse) apparaissent. Ces désémulsifiants réagissent avec les émulsifiants hydrophobes pour former des complexes, privant ainsi l'émulsifiant de son pouvoir émulsifiant.
Un autre mécanisme est la rupture du film interfacial induite par collision. Sous l'effet de la chaleur ou de l'agitation, le désémulsifiant a de nombreuses occasions d'entrer en collision avec le film interfacial de l'émulsion, s'y adsorbant ou déplaçant et remplaçant des portions de substances tensioactives, ce qui provoque la rupture du film. Ceci réduit considérablement la stabilité, favorisant la floculation et la coalescence qui entraînent la désémulsification.
Les émulsions de pétrole brut se forment fréquemment lors de la production et du raffinage des produits pétroliers. La plupart des pétroles bruts primaires mondiaux sont obtenus à l'état émulsionné. Une émulsion est constituée d'au moins deux liquides non miscibles, dont l'un est finement dispersé (gouttelettes d'environ 1 μm de diamètre) dans l'autre.
L'un de ces liquides est généralement de l'eau, l'autre généralement de l'huile. L'huile peut être si finement dispersée dans l'eau que l'émulsion devient de type huile dans eau (H/E), où l'eau constitue la phase continue et l'huile la phase dispersée. Inversement, si l'huile forme la phase continue et l'eau la phase dispersée, l'émulsion est de type eau dans huile (E/H) ; la plupart des émulsions de pétrole brut appartiennent à cette dernière catégorie.
Les molécules d'eau s'attirent mutuellement, tout comme les molécules d'huile ; cependant, une force de répulsion s'exerce à l'interface entre les molécules d'eau et d'huile. La tension superficielle minimise la surface interfaciale, de sorte que les gouttelettes d'une émulsion eau/huile tendent vers la sphéricité. De plus, les gouttelettes individuelles favorisent l'agrégation, dont la surface totale est inférieure à la somme des surfaces des gouttelettes individuelles. Ainsi, une émulsion d'eau pure et d'huile pure est intrinsèquement instable : la phase dispersée tend à coalescer, formant deux couches distinctes dès que la répulsion interfaciale est neutralisée – par exemple, par l'accumulation de substances chimiques spécifiques à l'interface, ce qui abaisse la tension superficielle. Technologiquement, de nombreuses applications exploitent cet effet en ajoutant des émulsifiants connus pour produire des émulsions stables. Toute substance stabilisant une émulsion de cette manière doit posséder une structure chimique permettant une interaction simultanée avec les molécules d'eau et d'huile – c'est-à-dire qu'elle doit contenir un groupe hydrophile et un groupe hydrophobe.
La stabilité des émulsions de pétrole brut est due à des substances naturelles présentes dans le pétrole, souvent dotées de groupements polaires tels que des groupements carboxyle ou phénoliques. Ces substances peuvent exister sous forme de solutions ou de dispersions colloïdales et exercent une influence particulière lorsqu'elles se fixent aux interfaces. Dans ce cas, la plupart des particules se dispersent dans la phase huileuse et s'accumulent à l'interface huile-eau, s'alignant côte à côte, leurs groupements polaires étant orientés vers l'eau. Une couche interfaciale physiquement stable se forme ainsi, semblable à une enveloppe solide rappelant une couche particulaire ou un réseau cristallin de paraffine. À l'œil nu, cela se manifeste comme un revêtement enveloppant la couche interfaciale. Ce mécanisme explique le vieillissement des émulsions de pétrole brut et la difficulté à les rompre.
Ces dernières années, les recherches sur les mécanismes de désémulsification des émulsions de pétrole brut se sont principalement concentrées sur l'étude fine des processus de coalescence des gouttelettes et de l'impact des désémulsifiants sur les propriétés rhéologiques interfaciales. Cependant, en raison de la grande complexité de l'action des désémulsifiants sur les émulsions, et malgré de nombreuses études dans ce domaine, aucune théorie unifiée du mécanisme de désémulsification n'a émergé.
Plusieurs mécanismes sont actuellement reconnus :
③ Mécanisme de solubilisation – Une seule molécule ou quelques molécules de désémulsifiant peuvent former des micelles ; ces bobines macromoléculaires ou micelles solubilisent les molécules d'émulsifiant, précipitant la décomposition du pétrole brut émulsionné.
④ Mécanisme de déformation par repliement – Les observations microscopiques révèlent que les émulsions eau-dans-huile (E/H) possèdent une ou plusieurs couches d'eau, entre lesquelles sont intercalées des couches d'huile. Sous l'effet combiné du chauffage, de l'agitation et de l'action d'un désémulsifiant, les couches internes des gouttelettes s'interconnectent, entraînant leur coalescence et la désémulsification.
De plus, les recherches nationales sur les mécanismes de désémulsification des systèmes de pétrole brut émulsionnés H/E suggèrent qu'un désémulsifiant idéal doit répondre aux critères suivants : forte activité de surface ; bonne performance de mouillage ; pouvoir de floculation suffisant ; et capacité de coalescence efficace.
Il existe une grande variété de désémulsifiants ; classés selon leur type de tensioactif, ils comprennent des variétés cationiques, anioniques, non ioniques et zwitterioniques.
Désémulsifiants anioniques : carboxylates, sulfonates, esters de sulfate d’acide gras polyoxyéthyléné, etc. — leurs inconvénients incluent un dosage élevé, une faible efficacité et une sensibilité à une réduction des performances en présence d’électrolytes.
Désémulsifiants cationiques : principalement des sels d’ammonium quaternaire — efficaces pour les huiles légères mais inadaptés aux huiles lourdes ou anciennes.
Désémulsifiants non ioniques : copolymères séquencés initiés par des amines ; copolymères séquencés initiés par des alcools ; copolymères séquencés de résine alkylphénol-formaldéhyde ; copolymères séquencés de résine phénol-amine-formaldéhyde ; désémulsifiants à base de silicone ; désémulsifiants à très haut poids moléculaire ; polyphosphates ; copolymères séquencés modifiés ; et désémulsifiants zwitterioniques représentés par les désémulsifiants de pétrole brut à base d’imidazoline.
Date de publication : 4 décembre 2025