Experimental and numerical study of the migration of dense non-aqueous phase liquid in saturated porous medium at Darcy scale

par Khalifa Nsir

Thèse de doctorat en Hydrodynamique des milieux poreux

Sous la direction de Gerhard Schäfer.

Soutenue en 2009

à Strasbourg .


  • Résumé

    Le processus de déplacement vertical d’un fluide non miscible et plus dense que l’eau (DNAPL) en milieu poreux saturé a été étudié à l’échelle de Darcy. Les expériences sur colonnes de laboratoire ont été conduites en utilisant deux modes d'écoulement : vertical ascendant et vertical descendant. Le milieu poreux utilisé est un sable homogène et le polluant considéré est un composé organo-chloré (Trichloréthylène, TCE), fréquemment trouvé dans des cas de pollutions industrielles de sols et d’eaux souterraines. Dans chaque essai, nous avons mesuré les temps d’arrivée du front eau/DNAPL dans une section de contrôle du dispositif expérimental au moyen des capteurs à fibres optiques. Nous avons aussi mesuré la pression du DNAPL à l’entrée et à la sortie de la colonne de milieu poreux. Une cartographie in situ du champ de saturations en DNAPL a été également effectuée. De ce fait, nous avons pu mettre en évidence une forte non uniformité de la répartition du polluant non miscible dans le milieu poreux saturé. De plus, nous avons pu quantifier d’une manière précise les instabilités de déplacement. A partir des résultats obtenus, il a été montré que les forces de poussée (ou de gravité) sont capables d’exercer des effets très significatifs à la fois sur la stabilité du processus de déplacement et sur l’efficacité de la récupération de la phase mobile du DNAPL. Concernant la simulation numérique, un modèle discret de pores et de capillaires a été développé. Une approche de calcul basée sur la théorie d’empilement des sphères a été élaborée pour évaluer les caractéristiques géométriques du réseau équivalent du milieu poreux utilisé dans l’expérimentation. Les résultats expérimentaux et numériques s'accordaient bien. Le modèle numérique s’est montré capable de reproduire l’évolution temporelle de la pression observée pour les différents régimes de déplacement stable et instable.

  • Titre traduit

    Étude expérimentale et numérique de la migration de polluants non miscibles dans un milieu poreux sature a l'échelle de Darcy


  • Résumé

    The immiscible displacement processes of a dense non-aqueous phase liquid (DNAPL) were studied in a sand-filled column. The considered pollutant is the Trichloroethylene, volatile and soluble chlorinated solvent, usually found in soils and ground water industrial pollution. Experiments were performed using two flow modes, namely vertical-upwards and vertical- downwards. A Fibre optic sensors were developed to measuring the arrival times of water/DNAPL at a control section of experiment device. The DNAPL pressure at the inlet and outlet section of the system was also monitored. The experiment program also allowed for measuring the local DNAPL saturations. Thereby, permitting to quantify evolving fingering patterns of non aqueuse phase liquid in the saturated porous medium. It has also been shown that the distribution of the non aqueuse phase liquid in the porous medium is heterogeneous. Furthermore, the obtained results underline that buoyancy forces (gravity) can have significant effects on the stability of the displacement process and on the oil recovery efficiency during injection of water. Numerically, a pore-scale network model based on spherical pore bodies and cylindrical pore throats was developed to simulate laboratory experiment. A computational approach based on the theory of packing spheres has also been developed to assess the geometric characteristics of the equivalent network of the used porous medium in the experiment. Good agreement between the numerical and experimental results was obtained. An important feature of the model is its capability to reproduce the observed pressure behaviour for stable and unstable displacement regimes.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (188 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. f. 162-169

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  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Institut de géologie. Bibliothèque.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2009-NSIR
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