Modeling of unsaturated water flow in highly heterogeneous soils

par Adam Szymkiewicz

Thèse de doctorat en Génie de l'environnement

Sous la direction de Jolanta Lewandowska.

Soutenue en 2004

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble) en cotutelle avec Gdansk University of Technology .

    mots clés mots clés


  • Résumé

    La thèse concerne l'écoulement insaturé d'eau dans les sols composés de deux régions distinctes aux paramètres hydrodynamiques contrastés (sols à double porosité). Le point de départ de l'analyse est la description de l'écoulement à l'échelle de Darcy (équations de Richards). La méthode d'homogénéisation par développements asymptotiques est utilisée pour dériver les modèles macroscopiques pour deux structures différentes : sols avec des inclusions plus conductrices ou moins conductrices par rapport à la matrice. Pour chaque structure un modèle macrsocopique à une équation est obtenu. On montre, que la conductivité effective ne dépend pas de celle des inclusions. Elle est définie par la solution d'un problème aux limites local. Pour les sols avec des inclusions faiblement conductrices, un modèle de non équilibre local est obtenu, avec un terme intégral représentant l'échange d'eau entre inclusions et la matrice. Les modèles développés sont ensuite comparés à d'autres approches de la littérature. Les modèles sont implémentés dans un code de calcul DPOR-1D, qui permet la modélisation d'écoulement macroscopiquement 1D pour des différentes géométries 2D ou 3D des inclusions (cercle, rectangle, sphère, parallélépipède). Les résultats obtenus avec DPOR-1D sont voisins de la solution numérique à l'échelle fine où la structure hétérogène du milieu est représenté explicitement. Les simulations numériques sont en bon accord avec les résultats d'expérimentations d'infiltration 1D dans une colonne verticale de 60 cm remplie par un mélange de sable et de billes d'argile solidifiée.


  • Pas de résumé disponible.

  • Titre traduit

    Modélisation de l'écoulement d'eau dans les sols partiellement saturés et fortement hétérogènes


  • Résumé

    The thesis concerns the unsaturated water flow in soils of two distinct sub-domains with contrasting hydraulic parameters (double-porosity soils). The analysis start at the Darcy scale, where the flow in each sub-domain is described by the Richards equation. The asymptotic homogenization method is used to derive macroscopic models for two types of soil structure, i. E with weakly conductive and highly conductive inclusions. In each case one obtains a one-equation nonlinear model arises. The effective conductivity of the medium is calculated from the local boundary value problem and it is independent of the conductivity of the inclusions. For the soil with weakly conductive inclusions the macroscopic model has non-equilibrium character and contains an integral term, which represents the exchange of water between the two sub-domains. The obtained models are compared to other approaches existing in literature. The models are implemented into a numerical code DPOR-1D. It enables the simulation of macroscopically 1D flow in soils with various geometrics of 2D and 3D inclusions (circle, rectangle, sphere, parallelepiped). The results obtained with DPOR-1D code are close to the fine scale numerical solution, where the heterogeneous structure of the medium is explicity represented. The DPOR-1D simulations are also in good agreement with the results of 1D infiltration experiments in a 60-cm long vertical column filed with a mixture of sand and sintered clayey spheres.

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Informations

  • Détails : 258 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.185-200

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  • Cote : TS04/GRE1/0164
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  • Cote : TS04/GRE1/0164/D

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