Études expérimentale et numérique de la migration d'un polluant organique dans un milieu poreux homogène à saturation variable en eau PDF Download
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Author: Annelise Emonet
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Category :
Languages : fr
Pages : 171
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Book Description
Une synthèse bibliographique complétée par une étude numérique réalisée avec SIMUSCOPP a permis de dimensionner et mettre au point un dispositif expérimental dédié à l'étude de la migration d'un polluant organique (Trichloroethylène) et de ses différentes phases dans un milieu poreux homogène variablement saturé en eau. L'élaboration d'une méthodologie analytique, d'un protocole de prélèvement et de conditionnement d'échantillons a permis de suivre spatio-temporellement l'évolution des concentrations en TCE au cours de sa migration. Des réplicats d'expériences ont mis en évidence l'établissement d'équilibre pour les différentes phases du polluant. Bien que les battements du niveau de la zone saturée aient engendré de fortes variations dans les concentrations, des états d'équilibre ont été atteints pour toutes les phases, au bout de quelques heures. La comparaison des résultats expérimentaux et numériques souligne la bonne adéquation entre les phénomènes mesurés et calculés.
Author: Annelise Emonet
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Languages : fr
Pages : 171
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Une synthèse bibliographique complétée par une étude numérique réalisée avec SIMUSCOPP a permis de dimensionner et mettre au point un dispositif expérimental dédié à l'étude de la migration d'un polluant organique (Trichloroethylène) et de ses différentes phases dans un milieu poreux homogène variablement saturé en eau. L'élaboration d'une méthodologie analytique, d'un protocole de prélèvement et de conditionnement d'échantillons a permis de suivre spatio-temporellement l'évolution des concentrations en TCE au cours de sa migration. Des réplicats d'expériences ont mis en évidence l'établissement d'équilibre pour les différentes phases du polluant. Bien que les battements du niveau de la zone saturée aient engendré de fortes variations dans les concentrations, des états d'équilibre ont été atteints pour toutes les phases, au bout de quelques heures. La comparaison des résultats expérimentaux et numériques souligne la bonne adéquation entre les phénomènes mesurés et calculés.
Author: Jacques Lessi
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Languages : fr
Pages : 157
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ON MET AU POINT UN MODELE NUMERIQUE D'ECOULEMENT-DISPERSION. ON UTILISE CE MODELE POUR MONTRER SUR UN EXEMPLE L'IMPORTANCE DES HETEROGENEITES DANS UNE ETUDE DE LA DISPERSION ET POUR ILLUSTRER LES PROBLEMES D'ECHELLE. ON PRESENTE UNE ETUDE EXPERIMENTALE ET ON DEVELOPPE UNE METHODE DE MESURE PAR TRACAGE PAR ELECTROLYTE ET MESURE DES CONDUCTIVITES PAR CAROTTAGE ELECTRIQUE.
Author: Daniel Delmas
Publisher: Montréal : Département de génie civil, École polytechnique
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Languages : fr
Pages : 124
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Author: Tidjani Bahar Bahar
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Languages : fr
Pages : 0
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La contamination des ressources en eaux souterraines par une phase organique non miscible à l'eau couramment appelée NAPL (Non Aqueous Phase Liquid) constitue aujourd'hui un défi scientifique majeur compte tenu de la durée de vie d'un tel polluant. Bien que l'activité bactérienne (généralement présente sous forme de biofilm) joue un rôle crucial dans le devenir à long terme de ces effluents, peu d'études existent à l'heure actuelle sur son impact dans des conditions multiphasiques (i.e., à proximité de la source). En effet, dans la zone saturée, sous l'action des forces capillaires, le NAPL se retrouve souvent piégé, en effet, sous forme de «gouttelettes» au niveau des pores. Ce comportement spécifique au polluant modifie la dynamique du système biofilm/milieu poreux saturé et d'importantes questions restent encore ouvertes : accessibilité du polluant, modification de la tension interfaciale, production de biosurfactant, effet de toxicité (inhibition de la croissance bactérienne). Pour tenter de répondre à ces questions, nous avons adopté une approche aussi bien théorique qu'expérimentale. L'approche théorique porte sur le développement d'un modèle macroscopique décrivant le transport multiphasique en milieu poreux pour un système eau/NAPL/biofilm. Elle repose sur la méthode de prise de moyenne volumique, appliqué aux équations décrivant le couplage écoulement/transport à l'échelle du pore, permettant d'effectuer le changement d'échelle et dériver un modèle à deux équations. Le modèle est établit sous les hypothèses d'équilibre de masse local à l'interface fluide/biofilm et les contraintes associées à ces hypothèses ont étés définies. L'influence des caractéristiques microscopiques (arrangement des grains, fraction volumique du biofilm, distribution des blobs de NAPL, mouillabilité) sur les propriétés effectives du milieu (coefficient de dispersion, coefficient d'échange de masse) est discutée au travers des résultats issus des simulations. Ensuite, le modèle macroscopique a été comparé avec succès à la simulation numérique direct à l'échelle du pore pour la géométrie 2D complexe considérée. Quant à l'approche expérimentale, elle consiste à étudier le transport et la biodégradation du toluène en présence des bactéries Pseudomonas Putida F1 à l'aide d'un milieu poreux transparent 2D (micromodèle). Premièrement, nous avons étudié la dissolution du toluène résiduel sans bactéries et des courbes de dissolution du toluène ont été obtenues. Les résultats de dissolution du toluène en condition abiotique ont été comparés avec succès aux résultats du modèle théorique. Ensuite, l'étude expérimentale en micromodèle a porté sur la dissolution du toluène en condition biotique. Les résultats de ces études (courbes de dissolution et évolution de la saturation résiduelle) ont montré un impact significatif de la présence des bactéries sur les processus de dissolution par comparaison au cas abiotique.
Author: DHARUMARAJEN.. NAYAGUM
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Languages : fr
Pages : 158
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UN MODELE NUMERIQUE DIPHASIQUE INCOMPRESSIBLE EST PRESENTE. CE CODE DE CALCUL PERMET DE SIMULER LA MIGRATION D'UNE PHASE NON AQUEUSE DANS LA ZONE SATUREE AINSI QUE L'INFILTRATION D'EAU DANS LA ZONE NON SATUREE EN CONSIDERANT LA PHASE AIR COMME ETANT INFINIMENT MOBILE. LA FORMULATION D'ECOULEMENT FRACTIONNEL ADOPTEE DECRIT LE SYSTEME DIPHASIQUE PAR DEUX EQUATIONS, L'UNE EN PRESSION MOYENNE DES DEUX PHASES ET L'AUTRE EN SATURATION EN EAU. DEUX METHODES NUMERIQUES ADAPTEES AUX TYPES D'EQUATIONS ONT ETE IMPLEMENTEES : LES ELEMENTS FINIS MIXTES HYBRIDES (EFMH) POUR TRAITER LA DIFFUSION ET LES ELEMENTS FINIS DISCONTINUS POUR RESOUDRE LA CONVECTION. LE MODELE NUMERIQUE DEVELOPPE EST TESTE PAR CONFRONTATION A DES SOLUTIONS ANALYTIQUES ET A D'AUTRES MODELES POUR DIFFERENTES CONFIGURATIONS MONODIMENSIONNELLES. NOUS MONTRONS QUE LES SCHEMAS NUMERIQUES UTILISES SONT ROBUSTES. UNE NOUVELLE APPROXIMATION DU COEFFICIENT DE DIFFUSION EST PROPOSEE. CETTE APPROXIMATION PERMET DE MIEUX SIMULER LES ECOULEMENTS DOMINES PAR LA DIFFUSION. EN MILIEU HETEROGENE, LA SATURATION DEVIENT UNE VARIABLE DISCONTINUE A LA LIMITE ENTRE DEUX MILIEUX POREUX. CE SAUT DE LA SATURATION NOUS AMENE A INTRODUIRE UNE CONDITION NON USUELLE DE RACCORDEMENT DANS LES EFMH.
Author: Ahmad Al Bitar
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Languages : fr
Pages : 150
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Dans ce travail, on considère la modélisation des écoulements dans des hydro-systèmes comprenant des sols et des aquifères géologiquement complexes et hétérogènes. On considèrera par exemple le cas d'un aquifère côtier soumis à l'intrusion saline, avec couplage densitaire (eau douce / eau salée), phénomène auquel peuvent se greffer d'autres couplages (écoulements à saturation variable, couplages surface / souterrain). On choisit une approche ayant les caractéristiques suivantes : - le modèle est spatialement distribué afin de représenter l'hétérogénéité du milieu ; - le modèle est fortement couplé afin d'appréhender les écoulements dans leur complexité physique. On utilise dans ce but un modèle fortement intégré, à une seule équation générique de type EDP, basée sur une loi de Darcy généralisée permettant de décrire différents "régimes" d'écoulements la co-existant dans un même domaine, tout en conservant robustesse et efficacité. Le travail est divisé en trois parties : dans une première partie on élabore un nouveau modèle numérique 3D, pour la modélisation des écoulements en milieux poreux à densité variable dans l’hypothèse d'une interface abrupte. Ce nouveau modèle est basé sur des relations "effectives" non linéaires de saturation et de perméabilité, dans une équation d'écoulement de type Richards modifiée. La seconde partie correspond à l'élaboration et l'implémentation d'un modèle verticalement intégré d'intrusion saline en aquifère côtier, permettant d'étudier l'effet de l'hétérogénéité stochastique de l'aquifère. Le modèle, basé sur l'hypothèse "interface abrupte", est implémenté comme un module "2D" dans le code volumes finis BigFlow2D/3D. Le nouveau module 2D est utilisé pour analyser la variabilité de l"interface eau douce / eau salée par simulations stochastiques de type Monte Carlo à échantillonnage spatial (réalisation unique). Ces résultats sont comparés à nouvelle théorie, où l"interface aléatoire auto-corrélée est analysée par transformation de variable, combinée à une méthode de perturbation et à une représentation spectrale (Fourier / Wiener-Khinchine). Dans la troisième et dernière partie, on présente un modèle de couplage fortement "intégré" pour la modélisation des écoulements de surface et souterrain en hypothèses d'écoulement plan, verticalement hydrostatique. On s'intéresse au cas d'une vallée fluviale avec cours d'eau, plaine d'inondation, et nappe d'accompagnement. L'écoulement en surface est modélisé par l'équation d'onde diffusante et l'écoulement souterrain par l'équation de Dupuit-Boussinesq. Ce modèle couplé est appliqué à la vallée fluviale de la Garonne dans la région de Toulouse - Moissac (France). Cette application a nécessité l'élaboration d'une méthode d'interpolation géostatistique adaptée à l'élaboration d'un Modèle Intégré Numérique de Terrain ("MINT"), de façon à inclure le fond de la rivière au MNT topographique en haute résolution. Enfin, au-delà de cette application particulière, le modèle d'écoulement couplé surface / souterrain est généralisé au cas d'un couplage densitaire eau douce / eau salée, lorsque la nappe est sujette à l'intrusion saline au voisinage d'une embouchure ou d'un estuaire.
Author: Najeh Ben Cheikh Mohamed
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Languages : fr
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Book Description
L'UTILISATION DE METHODES NUMERIQUES CLASSIQUES POUR LA MODELISATION DU TRANSFERT DE POLLUANT DANS UN MILIEU POREUX HOMOGENE ET SATURE SE HEURTE A PLUSIEURS DIFFICULTES. AFIN DE CONTOURNER CES OBSTACLES, DEUX METHODES ONT ETE CHOISIES. LA PREMIERE EST CELLE DES ELEMENTS FINIS MIXTES HYBRIDES APPLIQUEE POUR LA RESOLUTION DE L'EQUATION DE L'ECOULEMENT ET DES TERMES DISPERSIF ET ACCUMULATIF DE L'EQUATION DE TRANSPORT. LA SECONDE EST LA METHODE DES ELEMENTS FINIS DISCONTINUS APPLIQUEE POUR LA RESOLUTION DU TERME CONVECTIF DE L'EQUATION DE TRANSPORT. CES METHODES SONT SOUMISES A DES COMPARAISONS, FAISANT L'OBJET D'UNE SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE, AVEC D'AUTRES METHODES DANS LE CAS OU LE CONTRASTE DE MASSE VOLUMIQUE N'EST PAS PRIS EN COMPTE. LE CODE DE CALCUL A ETE GENERALISE POUR LE CAS O U LA VARIATION DE LA MASSE VOLUMIQUE EN FONCTION DE LA CONCENTRATION N'EST PLUS NEGLIGEABLE. LE NOUVEAU CODE EST TESTE SUR DEUX EXEMPLES DEVENUS CLASSIQUES. LA ZONE DE MELANGE LORS D'UN DEPLACEMENT, DANS UN MILIEU POREUX SATURE ET INDEFORMABLE, DE DEUX FLUIDES MISCIBLES AVEC CONTRASTE DE MASSE VOLUMIQUE A ETE ETUDIEE A TRAVERS DEUX TYPES DE DEPLACEMENT. LE DEPLACEMENT HORIZONTAL CONSTITUE LE PREMIER CAS OU L'INCLINAISON DU FRONT DE POLLUANT A ETE PARTICULIEREMENT ETUDIE A TRAVERS L'INFLUENCE DES PARAMETRES INTERVENANT DANS CE PHENOMENE. LE SECOND TYPE DE DEPLACEMENT EST CELUI DE L'INFILTRATION PONCTUELLE D'UNE SOLUTION SALINE DANS UN MILIEU POREUX INITIALEMENT SATURE EN EAU DOUCE AU REPOS. UNE SOLUTION THEORIQUE SIMPLIFIEE EXPRIMANT L'AVANCEMENT DU FRONT DE POLLUANT SUIVANT UN AXE VERTICAL A ETE COMPAREE AUX RESULTATS DES SIMULATIONS NUMERIQUES.
Author: Anthony Beaudoin
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Languages : fr
Pages : 206
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Book Description
L'objectif de la thèse est la résolution des problèmes de transport dans les milieux poreux à l'aide des méthodes particulaires. Deux problèmes sont résolus avec les méthodes particulaires : la migration d'un soluté dans une nappe phréatique et l'écoulement de l'eau dans un milieu poreux à l'échelle des pores. Pour résoudre l'équation de convection-dispersion dans le cas général d'une dispersion anisotrope, un algorithme basé sur les méthodes particulaires et la méthode de vitesse de dispersion est présenté. Pour simuler l'écoulement dans un milieu poreux à des faibles nombres de Reynolds, un algorithme basé sur une méthode particulaire anisotrope et une méthode intégrale de frontière est présenté. La méthode particulaire anisotrope permet d'améliorer la description de la couche limite se formant autour des grains du sol. La méthode intégrale de frontière permet de satisfaire la condition d'adhérence en écrivant une équation intégrale de frontière sur le contour des grains du sol
Author: Constantin Oltean
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Languages : fr
Pages : 198
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Book Description
AFIN D'ETUDIER LES MECANISMES ELEMENTAIRES DE TRANSPORT DE DEUX FLUIDES MISCIBLES ET NON-REACTIFS DANS UN MILIEU POREUX HOMOGENE ET SATURE, UN PROGRAMME EXPERIMENTAL A ETE MIS AU POINT. UN MODELE PHYSIQUE 3D CONCU A L'ECHELLE DE LABORATOIRE (1,63 0,67 0,40 M#3) A PERMIS D'ANALYSER ET D'OBSERVER LE COMPORTEMENT D'UN POLLUANT QUI TRAVERSE LE MILIEU POREUX, EN PRENANT EN COMPTE LE CONTRASTE DE MASSE VOLUMIQUE ET DE VISCOSITE. L'ANALYSE PORTE SUR L'IDENTIFICATION DES PARAMETRES DE TRANSPORT, I.E.: LA VITESSE LONGITUDINALE APPARENTE ET LE COEFFICIENT DE DISPERSION LONGITUDINAL APPARENT LORSQU'IL S'AGIT DES EXPERIENCES DU TYPE DEPLACEMENT (INJECTION REALISEE DANS LA SECTION AMONT DE LA VEINE DU MILIEU POREUX), EN UTILISANT DIFFERENTES METHODES DE TRAITEMENT MONODIMENSIONNEL. L'OBSERVATION PORTE SUR L'EXTENSION ET LE DEVELOPPEMENT DE LA ZONE DE MELANGE LORSQU'IL S'AGIT DES EXPERIENCES AVEC INJECTION PONCTUELLE REALISEES DANS UNE SOURCE SITUEE SUR LE DESSUS DE LA VEINE DE MILIEU POREUX. GRACE AU PROGRAMME EXPERIMENTAL, UN MODELE DE SIMULATION 3D A ETE DEVELOPPE PUIS VALIDE. LE MODELE MATHEMATIQUE REALISE LE COUPLAGE ENTRE L'EQUATION HYDRODYNAMIQUE ET L'EQUATION DU TRANSPORT DU SOLUTE, EN TENANT COMPTE D'UN CONTRASTE DE MASSE VOLUMIQUE ET DE VISCOSITE. LA VARIATION DE LA MASSE VOLUMIQUE ET DE LA VISCOSITE EST SUPPOSEE LINEAIRE EN FONCTION DE LA CONCENTRATION DANS LA ZONE DE MELANGE
Author: Samira Oukfif
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Languages : fr
Pages : 185
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Book Description
L’objectif principal de ce travail est le développement d’un modèle numérique qui permet de simuler le transport de masse dans les milieux poreux homogènes et hétérogènes. Cet outil numérique sera à terme un moyen de prédiction de la progression d’une pollution dans un sol et d’évaluation des risques de contamination des nappes phréatiques. Le modèle est basé sur l’équation de convection-dispersion avec une cinétique de dépôt/relargage de premier ordre. La résolution de cette équation en 1D et 2D est basée sur une méthode Lagrangienne, appelée méthode particulaire, qui utilise la technique de vitesse de dispersion. Les conditions aux limites (entrée du domaine) sont traitées avec une technique de particules images. La variation de porosité dans le milieu poreux due à la rétention et au détachement des particules est évaluée à partir de la relation de Kozeny-Carman. L’étude de sensibilité du modèle, effectuée dans différentes configurations lorsque les solutions analytiques sont fournies, montre une précision suffisante pour un choix adéquat de paramètres numériques. La validation du code de calcul est obtenue par l’ajustement d’essais de traçage en colonnes de laboratoire dans des conditions d’écoulement à débit constant ou à charge constante. Dans ce dernier cas, un couplage entre l’équation de transport et celle de l’écoulement (Equation de Darcy) est réalisé. La résolution de l’équation de l’écoulement est effectuée à l’aide d’un schéma numérique en différences finies sur une grille fixe. L’équation de transport est d’abord résolue pour calculer la concentration sur les particules, puis à l’aide d’un schéma séquentiel non itératif, on résout l’équation de l’écoulement pour évaluer la charge hydraulique et la vitesse sur les nœuds de la grille. Les échanges entre la grille et les particules sont assurés au moyen de fonctions d’interpolation. La simulation d’essais en injection instantanée ou continue a montré un bon ajustement entre les courbes de restitution calculées et mesurées, et notamment les essais où le dépôt et le relargage agissent simultanément. Les profils de porosité obtenus le long de la colonne, montrent une diminution de la porosité à l’entrée de la colonne, et qui est plus marquée dans le cas d’un écoulement à charge constante. Le modèle numérique est adapté à la simulation de l’érosion (suffusion) d’un sol en considérant uniquement le relargage, et l’ajustement d’essais d’érosion totale au laboratoire a montré un bon accord. Afin de simuler le transport de soluté dissous dans deux milieux homogène et hétérogène supposé infinis, la cinétique de dépôt/relargage est remplacée par un partage non linéaire de Freundlich. Pour tenir compte des hétérogénéités du champ de perméabilité aléatoire qui engendre des vitesses d’écoulement préférentielles, plusieurs simulations dite monte Carlo sont réalisées et montrent que la vitesse de dispersion offre une alternative intéressante (convergence plus rapide). Les résultats obtenus sont en accord avec les résultats de la littérature. Cette étude numérique a permis la mise en œuvre de la méthode particulaire pour simuler le transport, dépôt et relargage dans un milieu poreux fini. Néanmoins, le modèle de dépôt /relargage de premier ordre adopté peut être amélioré afin de prendre en compte le couplage entre les deux processus et notamment le seuil de détachement des particules.
