Transport de solutés dans des milieux poreux et des mileux poreux fracturés PDF Download
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Author: Elena Borissova
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Languages : fr
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Author: Elena Borissova
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Languages : fr
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Author: Lukasz Jasinski
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Languages : en
Pages : 185
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This work addresses flow and reactive solute transport in fractured porous media on a mesoscopic scale by direct numerical simulations in a discrete fracture model (DFM). The model is three-dimensional. The numerical scheme is based on a finite volume formulation, with implementation of a flux limiting scheme of the SuperBee type in order to minimize numerical dispersion. Particular attention is paid to the triple control volume formulation and exchanges between the porous matrix and the fractures which allow for a precise description of the flow and the transport processes even when the contrast between the fractures and porous matrix transmissivities is high. Various physical situations and applications are studied, ranging from the analysis of the simple cases of passive and reactive transport in the unfractured matrix, transfer between disk shaped fracture to the embedding porous matrix, to more complex ones such as induction between fractures in the porous medium. Finally, full simulations of passive and reactive solute transport in long rods of porous matrix containing percolating or non percolating fracture networks are conducted and analyzed.
Author: Fabrice Ubertosi
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Languages : fr
Pages : 177
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La complexité des réservoirs fracturés fait qu'aujourd'hui, aucune approche conceptuelle n’est capable de proposer un modèle à la fois simple et précis. L'approche continue simple milieu est certainement la plus facile à appréhender mais reste imprécise en raison de son incapacité à homogénéiser toute l'information locale. Les approches multi-continuums et les approches discrètes du réseau de fractures s'avèrent plus judicieuses mais supposent des efforts numériques conséquents et une paramétrisation importante souvent non conditionnable sur les données disponibles. Le travail consigné dans ce manuscrit emprunte une modalité de représentation discrète du milieu avec ajout éventuel de continuums "stagnants" pour le transport de solutés. Le modèle se veut pour autant simple mais cependant moins précis. La perte de précision est le fait d'une prise en compte uniquement des flux majeurs (chenaux). La simplification est le fait d'une homogénéisation sur un lien 1D de l'hétérogénéité locale d'un chenal d'écoulement. Un réseau 3D de liens est créé dynamiquement sur la base préliminaire d'un semis de noeuds invariants puis en prenant en compte à la fois la direction du gradient hydraulique général et la géométrie des principales familles de fractures simulées. Le modèle peut ensuite calculer les écoulements en régime permanent et transitoire ainsi que le transport de soluté avec quelques effets réactifs. Plus spécifiquement, le transport utilise une méthode Lagrangienne dans le domaine des temps qui se révèle rapide et efficace sur un réseau de liens 1D. Au final, le modèle proposé s'avère intéressant car il génère un réseau simplifié et évolutif (déformable sur des points d'appui fixes, les noeuds) en fonction des conditions d'écoulement tout en préservant le comportement moyen d'un réseau de fractures. Les capacités de déformation du réseau de liens et la relative facilité de manipulation devraient, à terme, permettre d'aborder l'inversion de scénarios de transport à la fois sur les paramètres locaux des liens et la géomètrie du réseau
Author: Laure Michel (docteur en sciences de la terre).)
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Languages : fr
Pages : 240
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Nous caractérisons en laboratoire le transport de solutés dans une fracture unique et l’interaction fracture-matrice durant ce transport. Notre dispositif expérimental en Plexiglas est constitué d’une fracture synthétique (100 cm de long, 5 cm de large, 0,5 cm de haut) présentant une interface inférieure imperméable (Plexiglas) ou perméable (couche de billes de verre) selon les configurations choisies. Un flux d’eau est imposé à travers la fracture à des vitesses moyennes contrôlées (~1 mm/s). Un système d’injection de colorant simule au centre de la fracture une source ponctuelle de contaminant, dont la migration est décrite par l’évolution spatio-temporelle de la concentration grâce à un système de mesures optiques. Le dispositif se révèle bien adapté à l’étude du couplage densitaire entre écoulement et transport dans une fracture imperméable en régime pré-asymptotique. La mesure à intervalles réguliers du flux massique advectif bidimensionnel associé au panache de soluté permet d’établir des profils de la masse m(x)qui traverse une section de fracture transverse à l’écoulement à la position longitudinale x. Une quantité de soluté piégée à la surface du milieu poreux, même sans réelle diffusion dans le milieu, est « vue » par le dispositif de mesure comme de la masse perdue, et donc échangée. Des pertes de masses significatives par rapport à notre incertitude expérimentales sont mesurées pour une fracture dont la paroi inférieure poreuse présente une rugosité ondulée. Cette configuration géométrique crée des zones de faibles vitesses permettant le piégeage superficiel d’une partie du soluté (jusqu’à 30 %). Les effets gravitaires jouent un rôle prépondérant dans ce processus.
Author: Clarisse Alboin
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Languages : fr
Pages : 198
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Les fractures, qui sont des chenaux de circulation privilégiés, modifient grandement l'écoulement et le transport de polluants dans un milieu. Nous nous intéressons aux fractures colmatées que nous assimilons a des milieux poreux ayant une grande perméabilité. Leur présence génère de fortes hétérogénéités. Notre motivation a été d'étudier des techniques permettant de modéliser les transferts de fluide et de contaminants entre la roche et les fractures. Dans cette thèse, nous proposons deux méthodes numériques adaptées à deux échelles de fracturation. La présence d'un réseau de petites fractures est prise en compte par une modèle double porosité. Ce modèle est obtenu via une homogénéisation du milieu fracture, il est compose des équations standard d'écoulement et de transport dans un milieu poreux auxquelles on a ajoute un terme de couplage qui gère les échanges entre la roche et les fractures. Ce terme de couplage est calcule via la résolution de problèmes auxiliaires qui sont des problèmes de diffusion définis en chaque point de l'espace. Vu le grand nombre de ces problèmes, il est déterminant de les résoudre efficacement. Nous avons montre qu'une résolution analytique est préférable a une discrétisation classique. Pour traiter les fractures plus importantes, nous avons développe une méthode de décomposition de domaine. L’ouverture des fractures étant faible devant les dimensions du site de stockage, nous avons assimile les fractures a des interfaces a travers lesquelles la pression et la concentration sont continues et les flux sont discontinus, contrairement a une décomposition de domaine classique, il s'agit, ici, d'une condition de transmission non locale. La différence des flux provenant des sous-domaines intervient comme un terme source dans les fractures. Les modèles d'écoulement et de transport dans les sous-domaines et dans les fractures ont été obtenus via une analyse asymptotique.
Author: Alexey Fedorov
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Languages : fr
Pages : 452
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Author: Jérôme Carrayrou
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Languages : fr
Pages : 248
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Languages : fr
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Author: Minh Ngoc Vu
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Languages : fr
Pages : 0
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Cette thèse est consacrée au développement d'une méthode numérique visant à modéliser des écoulements dans des milieux poreux fissurés, ainsi qu'à déterminer leur perméabilité effective à partir des avancements théoriques récents. En parallèle, elle a été aussi l'occasion de continuer sur la voie théorique et d'obtenir de nouveaux résultats sur ce plan.Les équations générales gouvernant l'écoulement dans de tels matériaux sont rappelées, et plus particulièrement, la conservation de la masse à l'intersection entre fissures est établie explicitement [132, 139]. Des solutions générales du potentiel sont proposées sous la forme d'une équation intégrale singulière décrivant l'écoulement dans et autour des fissures entourées par une matrice infinie soumise à un champ lointain [136, 139]. Ces solutions représentent le champ de pression dans le milieu infini en fonction de l'infiltration dans les fissures qui prennent en compte complètement l'interaction et l'intersection entre fissures. En considérant le problème d'une fissure super-conductrice, des solutions analytiques de l'écoulement ont été développées et ces solutions sont utilisées comme cas de référence pour valider la solution numérique. De plus, la solution théorique de ce problème dans le cas 3D permet de comparer le modèle d'écoulement de Poiseuille dans une fissure elliptique d'épaisseur nulle et le modèle d'inclusion ellipsoïdale aplatie soumise à l'écoulement de Darcy [140]. Des outils numériques ont été développés en se basant sur la méthode des équations intégrales singulières afin de résoudre les équations générales du potentiel [132, 180]. Cela permet, d'une part, de modéliser l'écoulement stationnaire dans un domaine poreux contenant un grand nombre de fissures et, d'autre part, de proposer une solution semi-analytique de l'infiltration dans une fissure isolée dépendant de la perméabilité de la matrice, de la conductivité de la fissure et de la variable géométrique de la fissure. Cette dernière est l'élément essentiel pour déterminer de la perméabilité effective d'un milieu poreux fissuré en utilisant des schémas d'homogénéisation. Ce modèle auto-cohérent révèle un seuil de percolation qui est alors applicable pour l'estimation de la perméabilité effective d'un matériau contenant un grand nombre de fissures. L'approche par sous-structuration permet l'extension de la solution générale du potentiel, écrite pour un domaine infini, à celle d'un domaine fini [181]. Une solution analytique de l'écoulement dans et autour d'une fissure partiellement saturée est établie, fondée sur la solution analytique pour la fissure super-conductrice. Celle-ci est alors utilisée pour estimer la perméabilité effective d'un milieu poreux fissuré non-saturé [141]. Le modèle de la perméabilité effective est appliqué dans le contexte du stockage géologique du CO2 en vue d'étudier le comportement d'une zone de faille constituée par un noyau argileux et des zones fissurées. La pression d'injection provoque l'augmentation de la pression interstitielle dans le réservoir. Cette surpression engendrée dans le réservoir peut affecter la perméabilité de zones fissurées ce qui conduit à des phénomènes hydromécaniques couplés. Les résultats de simulations numériques permettent d'évaluer, d'une part, le risque de la remontée de la saumure à l'aquifère supérieur, et d'autre part, le risque de l'initiation d'une rupture sur le plan de la faille.
Author: Samir Békri
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Languages : fr
Pages : 117
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Cette thèse a pour but d'étudier, à l'échelle microscopique, l'influence des phénomènes de dissolution et de déposition sur l'evolution locale de la géométrie et des milieux poreux fracturés. Ces processus sont abordés dans la limite où le changements de géométrie dues à la dissolution/déposition sont lents devant la vitesse moyenne du fluide. Deux codes de calcul utilisant deux shémas numériques de principes totalement différents, l'un basé sur la methode des marches aléatoires et l'autre sur un formalisme aux différences finies sonts développés; ils tiennent compte de la convection, de la diffusion, de la dissolution/ déposition aux parois et des variations de géométrie qui en découlent; ils sont opérationnels sur n'importe quel type de géomérie modelisée par un empliement de cubes élémentaires fluides ou solides. Les milieux poreux et fracturés que nous avons examiné sont supposés être constitués par la juxtaposition périodique de cellules unités identiques. Le contenu de cette cellule unité représente tout le caractère aléatoire du matériau. Deux paramètres clés caractérisent le régime du porcessus de dissolution et de déposition, le nombre de Péclet (Pe) qui compare les importances des modes de transport convectif et diffusif et le produit du nombre de Péclet et de Damkhöler (Pe.Da) qui compare les temps caractéristique de la réaction à la paroi et du transport diffusif. Trois régimes principaux sont distingués. Qaund le processus est limité par la réaction (Pe.DA“1), la dissolution et la déposition se produisent uniformément le long de l'interface solide liquide. Dans le cas inverse (Pe.Da”1) où le processus est limité par le transport, la dissolution et la déposition dépendent fortement du mode de transport dominant. Si le transport diffusif est prédominant (Pe1), la dissolution et la déposition se produisent dans les zones où l'espace des pores est large. Si le transport convectif est prédominant (Pe1), la dissolution et la déposition se produisent dans les régions où l'écoulement est intense. dans ce dernier cas la dissolution comme la déposition sont dissymétriques et plus rapide en amont des obstacles. Dans le cadre de ce travail, seul le problème local a été considéré. On a déterminé les variations de la géométrie du milieu dues à la dissolution/déposition, et les variations des quantités macroscopiques utiles dans le cadre d'une étude décrivant ces phénomènes à la grande échelle. Finalement, on a examiné la dissolution à la grande échelle dans le cas d'un exemple particulier. Une approche de type couche limite est utilisée.
