Remédiation des sols pollués par injection des mousses tensioactifs : expériences et changement d’échelle

Polluted soil remediation using surfactant foam injection : experiments and upscaling

• Auteur / Autrice : Sagyn Omirbekov
• Direction : Azita Ahmadi-Sénichault, Hossein Davarzani
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique-matériaux (AM)
• Date : Soutenance le 15/07/2020
• Etablissement(s) : Paris, HESAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mécanique et d'ingénierie de Bordeaux
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure d'arts et métiers (1780-....)
• Partenaire(s) de recherche : Fondation : Bolashak International Scholarship
• Jury : Président / Présidente : Michel Quintard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Azita Ahmadi-Sénichault, Hossein Davarzani, Fabrice Golfier, William, R. Rossen, Henri Bertin, Stéfan Colombano
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabrice Golfier, William, R. Rossen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse numérique

Écoulement en milieux poreux

Sols -- Perméabilité

Mots clés libres

Mousse

Rhéologie

Milieu poreux

Changement d’échelle

Décontamination des sols

Simulation numérique

Foam

Rheology

Porous media

Upscaling

Soil remediation

Numerical simulation

Résumé

L'injection de mousse dans des milieux poreux a été étudiée pour une variété d'applications dans l'industrie pétrolière et récemment pour des procédés de dépollution des sols afin d’éliminer les contaminants. Cependant, l'injection de mousse pour la remédiation des sols n'est toujours pas répandue en raison de la nature complexe de la mousse et des aquifères. Afin d'étudier l'application de la mousse pour la remédiation des sols, nous avons étudié expérimentalement le comportement de la mousse à l'échelle du laboratoire. Le but final de la recherche était d'étudier l'écoulement de mousse pour détourner l'écoulement des eaux souterraines des zones de sols contaminés en tenant compte des caractéristiques de l'écoulement de mousse en milieux poreux hautement perméables. Ainsi, la rhéologie de la mousse pré-générée a été étudiée dans des milieux poreux hautement perméables, dans des tubes capillaires, ainsi qu'à l'aide d'un rhéomètre. De plus, une étude numérique a été menée pour examiner l’écoulement de mousse à plus grande échelle sur la base des résultats de la rhéologie de la mousse hors milieu poreux. En conséquence, il a été démontré que l'écoulement de mousse présente un comportement non newtonien. Nous avons constaté que le comportement d'écoulement de la mousse en milieu poreux très perméables et dans les tubes capillaires est cohérent avec le comportement rhéologique de la mousse hors milieu poreux, si les bulles de mousse sont beaucoup plus petites que la taille des pores des milieux poreux. Ces résultats peuvent guider l'étude de la mousse pré-générée en milieux poreux très perméables

Foam injection in porous media has been investigated for a variety of applications in the oil industry and recently for soil remediation processes to remove contaminants. However, foam injection for soil remediation is still not widespread because of the complex nature of foam and aquifers. In order to investigate application in soil remediation processes, we experimentally studied the behavior of foam on a laboratory scale. The final goal of the research was to study foam flow for diverting the flow of groundwater from contaminated soil areas considering the features of foam flow in highly permeable porous media. Thus, the rheology of pre-generated foam was studied in highly permeable porous media, in capillary tubes, as well as using a rheometer. Moreover, a numerical study was conducted to examine foam flow in a bigger scale based on bulk foam rheology results. As a result, foam flow was showed to feature non-Newtonian behavior. We found that the foam flow behavior in high permeable porous media and in capillary tubes are consistent with the rheology behavior of bulk foam if bubbles are much smaller than the pore size of porous media. Hence, these findings can guide the study of pre-generated foam in very highly permeable porous media.