Transferts de traceur en milieu poreux consolidé et milieu poreux fissuré : Expérimentations et Modélisations

par Celine Dalla Costa

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

Sous la direction de Jean-Paul Gaudet.

Soutenue en 2007

à Grenoble 1 .

mots clés

• Milieu poreux fissuré
• Milieu poreux consolidé
• Traceur anionique
• Modèle convection dispersion
• Modèle mobile immobile
• Dynamique des systèmes

Résumé

Ce travail a pour objectif d’identifier et de modéliser les mécanismes physico-chimiques régissant les écoulements d’eau et les transferts de solutés dans un milieu poreux consolidé fissuré. Un dispositif expérimental original a été mis en place, où un milieu fissuré modèle est reproduit en empilant des cubes poreux consolidés de 5 cm de côté : le « cube ». En parallèle, des études sont menées sur des colonnes du milieu poreux consolidé homogène. La même technique de traçage anionique est utilisée dans les deux cas. Selon une approche de dynamique des systèmes, on sollicite le dispositif avec des créneaux de concentration en traceur, pour obtenir des courbes de percée. Après avoir identifié bilan de masse et temps de séjour, nous avons calé les modèles CD et MIM sur les données expérimentales. Le modèle MIM permet de reproduire les courbes expérimentales sur le milieu poreux consolidé homogène de façon plus satisfaisante que le modèle CD. On obtient une fraction d’eau mobile en cohérence avec la géométrie du milieu poreux. L’étude de l’influence de la vitesse de l’écoulement met en évidence un régime de dispersion d’interférence. L’influence de la longueur d’observation n’a pas pu être mise en évidence dans ce cas. Nous avons par contre mis en évidence un effet de l’échelle d’observation sur le milieu poreux et fissuré en comparant les résultats obtenus sur un petit « cube » et un grand « cube ». Le modèle CD n’est pas satisfaisant dans ce cas. Si le modèle MIM permet de reproduire les courbes de percée expérimentales, il n’a pas été possible de caler des paramètres uniques pour toutes les expériences.

Titre traduit

Tracer transfer in consolidated porous medium and fractured porous medium : Experimentations and Modelling

Résumé

We try to identify and model physical and chemical mechanisms governing the water flow and the solute transport in fractured consolidated porous medium. An original experimental device was built. The “cube” consists of an idealized fractured medium reproduced by piling up consolidated porous cubes of 5 cm edge. Meanwhile, columns of the homogeneous consolidated porous medium are studied. The same anionic tracing technique is used in both cases. Using a system analysis approach, we inject concentration pulses in the device to obtain breakthrough curves. After identifying the mass balance and the residence time, we fit the CD and the MIM models to the experimental data. The MIM model is able to reproduce experimental curves of the homogeneous consolidated porous medium better than the CD model. The mobile water fraction is in accordance with the porous medium geometry. The study of the flow rate influence highlights an interference dispersion regime. It was not possible to highlight the observation length influence in this case. On the contrary, we highlight the effect of the observation scale on the fractured and porous medium, comparing the results obtained on a small “cube” and a big “cube”. The CD model is not satisfactory in this case. Even if the MIM model can fit the experimental breakthrough curves, it was not possible to obtain unique parameters for the set of experiments.