Transport de solutés dans un milieu à double-porosité non saturé. Modélisation par homogénéisation et applications

par Tien Dung Tran Ngoc

Thèse de doctorat en Sciences de la Terre, de l'univers et de l'environnement

Sous la direction de Jolanta Lewandowska et de Michel Vauclin.

Soutenue en 2008

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble) .

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  • Résumé

    Cette thèse présente le développement des modèles du transport de solutés dans un milieu à double-porosité non saturé, en utilisant la méthode d'homogénéisation asymptotique. Les modèles macroscopiques concernent les phénomènes de diffusion, diffusion-convection et dispersion-convection, selon les nombres adimensionnels caractérisant le régime du transport. Les modèles consistent en deux équations couplées, traduisant le non-équilibre local des concentrations. L'implémentation numérique des modèles à double-porosité est réalisée à l'aide du code COMSOL Multiphysics et confrontée avec la solution du même problème à l'échelle fine. Cette implémentation permet de résoudre de manière couplée l'équation de la concentration dans la macro-porosité et celle dans la micro-porosité (calculs à deux échelles). Les calculs du tenseur de dispersion ont été également réalisés. La dispersivité calculée à partir du coefficient de dispersion met en évidence l'influence du degré de saturation, des propriétés physiques du domaine de la macro-porosité et de la structure interne du milieu à double-porosité. Deux séries d'expériences ont été effectuées sur le modèle physique à double-porosité, constitué de billes d'argile solidifiée, distribuées périodiquement dans le sable d'Hostun HN38. La première série a concerné la validation du modèle de l’écoulement non saturé par des expériences du drainage. La deuxième série a été dédiée aux expériences de dispersion en régime permanent d’écoulement non saturé (teneur en eau mesurée par rayonnement gamma). La comparaison entre les simulations numériques et les observations montre un très bon accord. Ceci permet de valider les modèles développés.


  • Résumé

    This Ph. D thesis presents the development of the solute transport models in unsaturated double-porosity medium, by using the asymptotic homogenization method. The obtained macroscopic models concern diffusion, diffusion-convection and dispersion-convection, according to the transport regime which is characterized by the non-dimensional numbers. The models consist of two coupled equations that show the local non-equilibrium of concentrations. The double-porosity transport models were numerically implemented using the code COMSOL Multiphysics (finite elements method), and compared with the solution of the same problem at the fine scale. The implementation allows solving the coupled equations in the macro- and micro-porosity domains (two-scale computations). The calculations of the dispersion tensor as a solution of the local boundary value problems, were also conducted. It was shown that the dispersivity depends on the saturation, the physical properties of the macro-porosity domain and the internal structure of the double-porosity medium. Finally, two series of experiments were performed on a physical model of double-porosity that is composed of a periodic assemblage of sintered clay spheres in Hostun sand HN38. The first experiment was a drainage experiment, which was conducted in order to validate the unsaturated flow model. The second series was a dispersion experiment in permanent unsaturated water flow condition (water content measured by gamma ray attenuation technique). A good agreement between the numerical simulations and the experimental observations allows the validation of the developed models.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (179 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.110 réf.

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  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS08/GRE1/0097/D
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  • Cote : TS08/GRE1/0097
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