Implications de la thermodiffusion dans le problème de la stabilité hydrodynamique des fluides en milieu poreux

par Sophie Gaillard

Thèse de doctorat en Hydrologie et hydrogéologie quantitatives

Sous la direction de Philippe Jamet.

Soutenue en 2003

à Paris, ENMP .


  • Résumé

    Cette recherche repose sur des investigations expérimentales, analytiques et numériques pour caractériser l'impact de la thermodiffusion (transport de matière en solution en présence d'un gradient thermique) sur les instabilités hydrodynamiques des fluides en milieu poreux. L'adaptation du code METIS de transport (masse et chaleur) en milieu poreux a conduit à inclure le transport par thermodiffusion pour les solutions binaires et ternaires (maillage 2D et 3D). La vérification de la qualité des résultats numériques a été réalisée à partir de données experimentales et de solutions analytiques. Un programme expérimental a procuré des cinétiques de concentration et des répartitions des masses à l'état stationnaire dans des milieux poreux (billes de zirconium) saturés par des solutions binaires ou ternaires et soumis à un gradient de température vertical descendant ou horizontal pour les colonnes de diffusion thermogravitationnelle (couplage thermodiffusion-convection). Le modèle METSOR (METIS modifié) reproduit correctement les données expérimentales par l'ajustement du coefficient de thermodiffusion caractérisant le transport du soluté dont les valeurs sont en accord avec l'exercice d'intercomparaison de Fontainebleau. Les problèmes de stabilité hydrodynamique ont été appréhendés à partir de solutions analytiques. Les nombres de Rayleigh thermiques (stabilité marginale) sont en accord en condition de thermique pure et thermodiffusion. Les migrations de solutés en présence de convection ne sont pas plus importantes qu'en condition de thermodiffusion pure. Ce travail a été appliqué à la modélisation de l'aquifère surplombant un stockage de déchets radioactifs pour l'ANDRA.

  • Titre traduit

    The Impact of thermal diffusion on the hydrodynamic stability problem of fluids in porous media


  • Résumé

    This research involved experimental, analytical and numerical investigations to characterize the impact of thermal diffusion (mass transport under thermal gradient) on the hydrodynamic stability of fluids in porous media. The METIS code, which solves the mass and heat transport equation in porous medium, was extended to account for thermal diffusion transport in binary and ternary solutions (METSOR code). We verified the numerical results quality on experimental data and analytical results. An experimental program has provided the experimental data on the time evolution and distribution of the solute concentration at stationary state in a porous medium (zircon balls) saturated by binary or ternary solutions and operated under a downward vertical and horizontal thermal gradient. The METSOR outputs are in good agreement with the experimental data with the help of the thermal diffusion coefficient that characterize the solute transport and with the Fontainebleau benchmarking exercise. To investigate the hydrodynamic stability problem, we developed and used some analytical solutions. The Rayleigh numbers, which characterize the marginal state in pure thermal and thermal diffusion problems for binary solutions, are in good agreement. Exploratory modelling with the METSOR code showed that there was no significant change in the chemical composition pattern of the system due to the potential coupling between convection and thermal diffusion, as is the case with an horizontal thermal gradient (thermogravitational coupling). One of the applications of this research is the safety analysis of radioactive waste disposals geologic media for ANDRA.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (195 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 112 réf.

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  • Bibliothèque : Sorbonne Université. Bibliothèque de Sorbonne Université. Section Géosciences et environnement.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : T ENMP 2003 GIR
  • Bibliothèque : Mines ParisTech. Bibliothèque.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : EMP 151.831 CCL.TH. 1091
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