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Dissertations / Theses on the topic 'Écoulement en milieux poreux'
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Hume, Laurène. "Approche numérique d'écoulements complexes à l'échelle des pores en milieux poreux." Thesis, Pau, 2018. http://www.theses.fr/2018PAUU3011/document.
Full textAbstract:
Dans le cadre des écoulements à l’échelle du pore d’un milieu poreux, cette thèse de calculscientifique propose une méthode itérative de résolution de Stokes incompressible basée sur lapénalisation de la matrice solide et mettant en jeu le champ de vorticité. La méthode développéeici s’inspire des méthodes de vortex habituellement utilisées pour les écoulements externes où letransport est dominant, mais adaptée aux écoulements visqueux à petites échelles (bas Reynolds).Les propriétés de cette méthode numérique itérative, qui alterne et sépare les étapes de pénalisationet de diffusion, permettent de simuler des écoulements confinés dans l’espace poral enproposant une formulation ne faisant intervenir que des opérateurs usuels, permettant de s’affranchirde l’aspect non-séparable de l’équation de diffusion-pénalisation. On assure ainsi dessimulations à haute résolution et faible stockage mémoire, aussi bien sur des géométries simplesde référence que sur des géométries poreuses réelles, et les résultats sont confrontés à des donnéesexpérimentales ou théoriques. Le code de calcul implémenté est validé et exploité pour l’estimationde la perméabilité d’échantillons réels.Dans la continuité de ce travail sur les écoulements avec adhérence à l’interface, on généralisecette approche à la problématique de la rugosité des parois solides. On présente une méthode derésolution du problème de Stokes perturbé par ce type de rugosité à l’interface pores/matricemodélisé par une condition aux limites de glissement tangentiel de type Robin-Fourier.La thèse présente également un volet sur les écoulements à viscosité variable. On présenteainsi une simulation du problème de Stokes non-linéaire couplé avec une équation de diffusionet transport résolue par méthode particulaire. On s’intéresse à une simulation originale de l’écoulementde xanthane (modélisé via une loi de Carreau comme polymère rhéofluidifiant) dans une géométrie réelle de roche de type grès sableux Bentheimer. Les résultats présentés montrent lacapacité de la méthode à gérer des variations de viscosité importante. Également à propos de lamodélisation et de la simulation des écoulement à viscosité variable, et plus précisément de l’homogénéisationdes mélanges, on présente aussi un estimateur théorique de la viscosité effectivepour les mélanges aléatoires. Ce résultat est validé numériquement grâce à une méthodologie detype Monte-Carlo sur un grand nombre de simulations de StokesThis scientific computing work presents an iterative method for the solution of incompressibleStokes equation at the pore scale of porous media. This method is based on solid matrixpenalization and involves vorticity field. We adapt tools from vortex methods (generally used forexternal and transport-dominant flows) to viscous flows at low scale.The pore space flow is computed with this iterative method, alternating penalization anddiffusion steps. Only usual operators are used in the proposed formulation, such that the nonseparableproperty of the penalization-diffusion initial equation is overcome. We then performhigh resolution and low memory storage simulations on various geometries, including real porousmedia. We validate the code with these results, and by estimating permeability of samples.From this work which consists in no-slip flow at solid interface, we propose a generalizationto rough solid walls at the interface. This thesis presents the modeling of such roughness usinga tangential slip Robin condition, and the ensuing method as a computation of the resultingperturbation.This work also includes a study of variable viscosity flows. With a particle-based method,we present the numerical solution of a non-linear Stokes problem coupled with diffusion andtransport for xanthan flow in a Bentheimer sandstone. The viscosity law is a Carreau law, asxanthan solution is a shear-thinning substance : the method is then able to handle high viscosityvariations. About the same topic of variable viscosity flows, and more precisely about mixturehomogenization, we introduce a theoretical estimator of effective viscosity for random mixtures.This estimator is validated on a large number of Stokes simulation, with a methodology inspiredby Monte-Carlo methods
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Hourtané, Virginie. "Écoulement de mousse dans des modèles de milieux poreux." Thesis, Bordeaux, 2014. http://www.theses.fr/2014BORD0330/document.
Full textAbstract:
Pour augmenter le taux de récupération du pétrole, une des solutions chimiques utilisées consiste à injecter des mousses dans les milieux poreux. En effet, les mousses permettent sous certaines conditions de diminuer la mobilité et ainsi d’améliorer le balayage du réservoir. Cependant, les mécanismes contrôlant la mobilité des mousses ne sont pas bien compris. Nous proposons une approche microfluidique permettant une observation directe de l’écoulement des bulles dans un micromodèle de milieux poreux. Nous observons que l’écoulement n’est pas homogène dans le milieu poreux: il se fait uniquement dans quelques chemins. Le nombre de chemins préférentiels dépend de la qualité de la mousse et du nombre capillaire. Si nous simplifions le milieu poreux à une boucle, nous montrons que la formation des chemins préférentiels dépend de la taille de la boucle. En effet, les bulles sont bloquées dans la boucle uniquement quand la taille de la boucle est de l’ordre de grandeur de la taille des bullesCrude oil is already usually trapped into heterogeneous porous media. In order to increase the recovery efficiency, one of the chemical solutions consists in injecting foams in porous media to expel oil from the rock. Foam is indeed able in some cases to greatly decrease the mobility, leading to a better sweeping of the reservoir. However, the mechanisms controlling the foam mobility are not well known. We propose a microfluidic approach allowing a direct observation of the flow of bubbles in a model of porous media. We observe that the flow is not homogeneous in the porous medium: it is concentrated in some paths. The number of these preferential paths depends of the foam quality and the capillary number. If we simplify the geometry of the porous medium to a loop, we prove that the formation of preferential paths depends of the size of the loop. Indeed we can only immobilize the bubbles if the size of the loop is around the size of the bubbles
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Zeltz, Eric. "Modélisations d'injections multiphasiques en milieux poreux." Lyon, INSA, 2008. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2008ISAL0027/these.pdf.
Full textAbstract:
En utilisant les techniques mathématiques d'homogénéisation et en partant des équations de Navier-Stokes, nous modélisons l'injection de fluides en milieu poreux dans trois cas différents : -D'abord, dans le cas d'un fluide compressible : nous retrouvons ainsi le modèle d'Aronson. -Ensuite dans le cas d'un fluide incompressible injecté dans le milieu poreux empli d'un autre fluide incompressible. Nous démontrons que l'interface est déterminée par un problème de Riemann et que sa vitesse moyenne est linéaire. Nous montrons que la nature de l'interface est essentiellement définie par le coefficient de mobilité des deux fluides. Nous validons le modèle grâce à une expérience d'injection de résine dans un milieu poreux. Nous utilisons notre modèle pour interpréter un phénomène physique connu mais à notre connaissance demeuré sans explications théorique satisfaisante: l'avancée de l'interface le long des parois du moule poreux dans le cas de l'injection d'un fluide très visqueux. -Enfin nous reprenons le cas précédent lorsque le fluide injecté est en plus condensable. Nous démontrons à nouveau que l'interface est déterminée par un problème de Riemann mais que sa vitesse tend asymptotiquement vers zéro. Nous validons notre modèle avec une expérience de vapeur injectée dans du béton. Nous donnons une nouvelle explication à un phénomène classiquement appelé « phénomène de bouchon » et observé dans ce type d'expérienceBy using the mathematical techniques of homogenization and by starting from the Navier-Stokes equations, we model the injection of fuids in porous medium in three different cases. - First, in the case of a compressible fluid: we recover the model of Aronson. -then in the case of an incompressible fluid injected in the porous medium filled with another incompressible fluid. We demonstrate that the interface is determined by a problem of Riemann and that its average speed is linear. We show that the nature of the interface is essentially de fined by the coefficient of mobility of both fluids. We validate the model thanks to an experience of injection of resin in a porous medium. We use our model to interpret a known physical phenomenon but in our knowledge never explained in satisfactory way: the headway of the interface along the walls of the porous mould in the case of the injection of a very sticky fluid. - Finally we consider the previous case when the injected uid is condensable. We demonstrate again that the interface is determined by a Riemann problem but that its speed goes asymptotically towards zero. We validate our model with an experience of vapor injected in some concrete. We give a new explanation to a phenomenon classically called " phenomenon of cork " and observed in this type of experience
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Panfilova, Irina. "Ecoulements diphasiques en milieux poreux : modèle de ménisque." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2003. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/INPL_T_2003_PANFILOVA_I.pdf.
Full textAbstract:
"Un nouveau modèle macroscopique des écoulements diphasiques en milieux poreux est proposé. Il prend en compte l'existence d'une structure typique de la distribution des phases dans les pores, qui a la forme d'un champ répétitif de ménisques mobiles. La présence de ces interfaces conduit à un terme supplémentaire dans les équations du bilan de quantité de mouvement qui introduit le champ vectoriel de forces capillaires. Pour dériver ce modèle, une approche phénoménologique en introduisant un continuum spécial, appelé le Meniscus-Continuum, a été utilisée. Les relations de fermetures pour le modèle phénoménologique ont été obtenues par des simulations numériques en réseaux capillaires. Le nouveau modèle reste hyperbolique même si les forces capillaires sont dominantes, tandis que le modèle classique, avec des forces capillaires, est parabolique. Des solutions analytiques d'écoulements mono-dimensionnels ont été construites, manifestant des structures non classiques formées de doubles fronts ou de fronts à contre-courant. Pour calculer les problèmes 2D ou 3D, un algorithme numérique combiné " différences finies - percolation " a été développé. Son application à un problème de pénétration dans le sous-sol d'un DNAPL a permis de détecter plusieurs réqimes de pénétration. "A new macroscopic model of two-phase flow through porous media is suggested. It takes in consideration a typical structure of phase distribution in pores in the form of a repetitive field of mobile menisci. The presence of such interfaces givers rise to a supplementary term in the momentum balance equation, which introduces a vector field of capillary forces. The derivation of the model is based on the phenomenological approach with introducing a special continuum called the Meniscus-continuum. The closure relations to the phenomenological model are obtained by numerical simulations in network models of porous media. The new model remains hyperbolic even when the capillary forces are dominant, in contrast with the classical model which is parabolic. Analytical solutions to the mono-dimensional flow problems are constructed. They manifest non-classical structures like the double fronts or counter-flow fronts. To simulate 2D or 3D problems, a numerical algorithm is developed, which is a combination between the finite difference and the percolation techniques. Its application to the p:roblem of DNAPL propagation into the soil has enabled to detect several penetration regimes
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Serres, Marion. "Étude hydrodynamique d'un écoulement gaz-liquide dans un milieu poreux confiné." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEN018/document.
Full textAbstract:
Cette thèse se focalise sur les écoulements gaz-liquide dans un milieu poreux, problématique rencontrée dans des domaines variés allant de la physique fondamentale à la chimie appliquée. Nous avons caractérisé expérimentalement les régimes hydrodynamiques dans deux géométries différentes : un canal millifluidique (écoulement quasi-1D) et une cellule de Hele-Shaw (écoulement quasi-2D). L’originalité de ce travail est d’analyser l’effet du milieu poreux (lits de billes polydisperses ou mousses solides à cellules ouvertes), du confinement (1D/2D) et de la gravité en couplant des approches locales et globales développées dans les communautés de physique expérimentale et de génie chimique. D’une part, une analyse globale a permis de quantifier les pertes de charge [1] et, basée sur le transport d’un traceur fluorescent, les distributions de temps de séjour [2] et le transfert gaz-liquide dans l’expérience 1D ; d’autre part, une analyse locale de la fraction liquide et l’évolution spatio-temporelle de son contenu fréquentiel ont permis de mettre en évidence deux régimes hydrodynamiques dans le canal millifluidique [3-5] : un régime pseudo-Taylor, où les caractéristiques de l’écoulement périodique amont sont conservées, et un régime modulé, pour lequel l’écoulement se désorganise à l’entrée du milieu poreux. Un modèle phénoménologique basé sur la propagation des bulles dans le milieu est proposé, et rend compte de l’existence de ces deux régimes [4,5]. Enfin, ces deux analyses sont couplées pour étudier les écoulements dans la cellule de Hele-Shaw, et une analyse dimensionnelle de l’effet du confinement et de la gravité sur les écoulements gaz-liquide dans un milieu poreux est proposée.Références –[1] M. Serres, R. Philippe & V. Vidal, to be submitted to Geophys. Res. Lett. (2017). [2] M. Serres, D. Schweich, R. Philippe & V. Vidal, to be submitted to Chem. Eng. Sci. (2017).[3] M. Serres, R. Philippe & V. Vidal, Compte-rendus de la 19e Rencontre du Non-Linéaire, Eds. E. Falcon, M. Lefranc, F. Pétrélis & C.-T. Pham, Non-Linéaire Publications, 109-114 (2016).[4] M. Serres, M.-L. Zanota, R. Philippe & V. Vidal, Int. J. Multiphase Flow 85, 157-163 (2016).[5] M. Serres, T. Maison, R. Philippe & V. Vidal, to be submitted to Int. J. Multiphase Flow (2017)This thesis focuses on gas-liquid flow in porous media, a common problem encountered in various domains from fundamental physics to applied chemical engineering. We have characterized the hydrodynamic regimes based on two different experimental devices geometry: a millichannel (1D flow) and a Hele-Shaw cell (2D flow). The originality of this work is to analyze the influence of the porous medium (monodisperse micro-packed beds or open cell solid foams), confinement (1D/2D) and gravity by coupling global and local analysis from either chemical engineering or fundamental physics community. On the one hand, a global analysis made it possible to quantify pressure drops, residence time distributions (RTD) based on fluorescent dye transport and gas-liquid mass transfer on the 1D device. On the other hand, a local analysis of the liquid fraction and the spatio-temporal evolution of its frequency pointed out the existence of two hydrodynamic regimes: a Taylor-like regime in which the characteristics of the periodic flow upstream are conserved in the porous medium and a modulated regime characterized by the flow disorganization at the porous medium entrance. A phenomenological model is developed based on bubbles propagation inside the medium and reproduces well both regimes. These two analyses are finally coupled to study multiphase flows inside the Hele-Shaw cell. The effects of gravity and confinement are discussed
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Cancès, Clément. "Ecoulements diphasiques en milieux poreux hétérogènes : modélisation et analyse." Aix-Marseille 1, 2008. http://www.theses.fr/2008AIX11016.
Full textAbstract:
On s’int´eresse `a l’´ecoulement d’un m´elange d’eau et d’huile dans une matrice poreuse suppos´ee h´et´erog`ene, et plus particuli`erement apposition de diff´erentes sous-matrices poreuses suppos´ees homog`enes. Si la mod´elisation et l’analyse des ´ecoulements diphasiques dans des milieux poreux homog`enes a fait l’objet de nombreuses ´etudes pr´ealables, ce travail s’int´eresse aux ph´enom`enes li´es aux forces provenant de la pression capillaire au niveau des interfaces entre des milieux diff´erents. Dans un premier temps, on suppose que l’on peut connecter les pressions au niveau des interfaces. Cela n´ecessite des hypoth`eses sur les profils de pression capillaire, afin que les raccords soient possibles. On d´emontre l’existence d’une solution faible du probl`eme parabolique d´eg´en´er´e obtenu par convergence d’une famille de solutions approch´ees obtenues `a l’aide d’un sch´ema Volumes Finis. L’unicit´e est garantie, sous hypoth`ese sur les d´eg´en´erescence, par une m´ethode de d´edoublement de variable aboutissant `a un principe de contraction L1. La mod´elisation ne garantit pas forc´ement que le raccord des pressions capillaires aux interfaces soit possible. Dans le chapitre 3, on donne une condition de raccord graphique des pressions capillaires aux interfaces qui permet de traiter des cas beaucoup plus g´en´eraux. On montre que de le probl`eme avec raccords graphiques admet une solution. Un r´esultat d’unicit´e et de contraction L1 est donn´e dans le cas unidimensionnel. Dans le chapitre 4, on montre la convergence d’une approximation Volumes Finis vers l’unique solution du probl`eme unidimensionnel. Ce r´esultat utilise une borne uniforme sur les flux discrets, analogie discr`ete de la preuve dans le cas continue faite au chapitre pr´ec´edent. On ´etudie dans les chapitres 5 et 6 la limite des solutions lorsque la d´ependance de la pression capillaire par rapport `a l’inconnue saturation devient tr`es faible, et que la pression capillaire ne d´epend plus que du sous milieux poreux homog`ene. Il apparaˆıt alors des ph´enom`enes diff´erents selon l’orientation des forces de gravit´e et de capillarit´e. Soit la solution du probl`eme est la solution entropique d’une ´equation hyperbolique `a flux discontinus, soit une solution faible, entropique `a l’int´erieur des sous-domaines homog`enes, et laissant apparaˆıtre un choc non classique `a l’interface.
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Hoang, Ha. "Modélisation du comportement et des couplages HMC des milieux poreux." Thesis, Orléans, 2012. http://www.theses.fr/2012ORLE2090/document.
Full textAbstract:
La modélisation du comportement hydromécanique chimique des milieux poreux saturés et non saturés est abordée au niveau microscopique et mésoscopique. Au niveau microscopique la modélisation des écoulements diphasiques est basée sur une représentation du réseau poral comme un ensemble de tubes dont les orientations et les rayons sont choisis sur un principe d’équivalence avec les pores. L’algorithme régissant la génération des conduits et les écoulements d'eau et de gaz est développé en utilisant un langage propre au code 3FLO. En utilisant cette approche directe on étudie ensuite le problème de l’impact de l’endommagement sur les propriétés effectives hydriques en milieu saturé et non saturé. Sans expliciter l’origine et les mécanismes de la naissance et de la propagation des fissures, on simule le développement d’une fissuration au cours d’un essai de compression triaxiale en générant numériquement une fissuration orientée préférentiellement dans la direction de la contrainte maximale en compression. Les simulations réalisées en milieu saturé et non saturé mettent en évidence l’impact de la fissuration sur la conductivité hydraulique, la courbe de rétention et la perméabilité relative.Une dernière partie de la thèse est consacrée à la modélisation mésoscopique des couplages hydro-chimio-mécaniques par une approche de couplage indirecte ou dite de communication-passerelle. Selon cette méthodologie plusieurs codes spécialisés dans un domaine donné communiquent entre eux et sont capables de réaliser des calculs paramétrés par des champs externes. Un exemple est décrit ici par le couplage d’un code hydro-géochimie (HP1) et d'un code de calculs mécaniques développé sous Matlab. En utilisant cette méthodologie on traite d’abord le problème d’évolution du potentiel de gonflement d’une argile gonflante au cours d’une infiltration par une plume alcaline. Les simulations numériques mettent en évidence que pour la période étudiée la variation de la composition chimique est le mécanisme dominant en comparaison avec la dissolution des minéraux argileux. L’adaptation du modèle ELASGONF pour réaliser des calculs mécaniques paramétrés par des champs de concentration a permis de simuler la diminution de la pression de gonflement lors d’infiltration. En utilisant cette même approche, l’hypothèse de formation du gypse dans le tuffeau blanc par voie aérienne a été étudiée dans le cadre de la problématique de préservation des monuments historiques tels que les châteaux de la Loire. Dans les conditions de nos simulations, la formation du gypse par cette voie n’a pas été vérifiéeModelling of the behavior and the couplings HMC of the porous circles
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Saad, Bilal. "Modélisation et simulation numérique d'écoulements multi-composants en milieux poreux." Ecole centrale de Nantes, 2011. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00649033v2.
Full textAbstract:
Cette thèse concerne la modélisation, l’étude mathématique et la simulation numérique des problèmes d’écoulements diphasique (liquide et gaz) multi-composant (principalement eau et hydrogène) en milieu poreux. Le domaine d’application typique concerne le stockage des déchets radioactifs de moyenne et haute activité à vie longue. Ce type d’étude est motivé, entre autre, par une augmentation de la pression au sein du stockage due à un dégagement d’hydrogène au niveau des colis, pouvant ainsi fracturer la roche environnante et donc faciliter la migration des radionucléides. En supposant que le transfert de masse entre l’hydrogène gazeux et l’hydrogène dissous est donné par la loi de Henry un premier modèle est étudié. Une preuve d’existence de solutions faibles pour ce modèle a été réalisée sans hypothèse de petites données et en traitant le modèle complet en considérant que la densité de chaque composant dépend de sa propre pression. Ensuite, nous avons fait évoluer le modèle vers un modèle à transfert de masse dynamique. On établit l’existence de solutions faibles pour ce deuxième modèle avec un principe du maximum sur la saturation liquide. Parallèlement, un code numérique en 1D a été développé afin de comparer les solutions numériques obtenues entre le premier modèle et le second modèle lorsque la cinétique de changement de phase devient instantanée. Des accords probant ont été obtenus sur différents cas tests dont un issu des cas tests du GNR MOMAS diphasique. Enfin, un schéma numérique de type volumes finis avec un décentrage phase par phase pour la simulation des écoulements di-phasiques eau-gaz sous l’hypothèse que la densité de chaque phase dépend de sa propre pression a été proposé. On établit la convergence de ce schéma numérique. Ce schéma a été validé sur un maillage 2D non structuréThis work deals with the modelization and numerical simulation of two phase multi-component flow in porous media. The study is divided into two parts. First we study and prove the mathematical existence in a weak sense of two degenerate parabolic systems modeling two phase (liquid and gaz) two component (water and hydrogen) flow in porous media. In the first model, we assume that there is a local thermodynamic equilibrium between both phases of hydrogen by using the Henry’s law. The second model consists of a relaxation of the previous model : the kinetic of the mass exchange between dissolved hydrogen and hydrogen in the gaz phase is no longer instantaneous. The second part is devoted to the numerical analysis of those models. Firstly, we propose a numerical scheme to compare numerical solutions obtained with the first model and numerical solutions obtained with the second model where the characteristic time to recover the thermody-namic equilibrium goes to zero. Secondly, we present a finite volume scheme with a phase-by-phase upstream weighting scheme without simplified assumptions on the state law of gas densities. We also validate this scheme on a 2D test cases
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Ene, Ioana-Andreea. "Etude de quelques problèmes d'écoulement dans les milieux poreux." Metz, 1995. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/UPV-M/Theses/1995/Ene.Ioana_Andreea.SMZ9553.pdf.
Full textAbstract:
Le but de cette thèse est l'étude de deux problèmes d'écoulement dans les milieux poreux. Pour décrire ces écoulements on utilise la convergence double-échelle et la convergence triple-échelle. Plus précisément les deux problèmes étudiés sont: l'écoulement d'un fluide visqueux à travers un milieu poreux élastique de faible épaisseur et l'écoulement d'un fluide dans un milieu poreux fissure. Dans le premier chapitre on considère le cas du système Stokes dans le fluide, le solide est élastique et considéré dans le cadre de l'élasticité linéarisée. La structure périodique du domaine et la faible épaisseur du solide impose l'introduction de deux petits paramètres. On construit un nouveau prolongement de la pression dans la partie solide, diffèrent de ceux connus jusqu'à maintenant, qui nous assure la continuité du tenseur des contraintes sur l'interface fluide-solide. L'équation limite finale décrit un milieu viscoélastique avec un terme de mémoire évanescente. La méthode utilisée est celle de la convergence double-échelle. Dans le chapitre 2 on considère le système Navier-Stokes linéarisé dans le fluide. Les techniques sont les mêmes que pour le cas Stokes ; l'équation macroscopique contient un terme de mémoire évanescente, mais aussi un terme nouveau. Dans le troisième chapitre on étudie l'écoulement d'un fluide dans un milieu poreux fissure. D'un point de vue mécanique c'est un problème de double porosité, dans le cadre d'un milieu avec double périodicité. Le résultat d'homogénéisation obtenu montre qu'on a une loi de Darcy au niveau macroscopique, et qu'au moins dans le cas stationnaire le modèle avec double périodicité et le modèle avec double porosité coïncident. La méthode utilisée est celle de la convergence triple-échelleThe aim of this thesis is the study of two problems of flow through porous media. In the first and the second chapter we study in the general framework of the homogenization method the flow of a viscous fluid through an elastic thin porous media. After the proof of the convergence of the homogenization process by using the two-scale convergence method it is possible to take the limit as the second small parameter (who caracterize the thickness of the solid part) tends to zero. We obtain a viscoelastic media with fading memory. We consider the two classical cases, when we have a Stokes flow in the fluid part and when we have a Navier-Stokes flow in the fluid part. In the third chapter we study a double porosity model in a double periodicity media. From a mechanical point of view this model represents a fracturated porous media. From a mathematical point of view we study a Neumann problem with double periodicity. We prove existence and unicity for such a problem and using the three-scale convergence method we obtain the homogenized equation and the homogenized coefficients. The result we obtain is a Darcy law at the macroscale and this show us that, at least in the steady case, both the double periodicity model and the double porosity model are the same
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Chupin, Olivier. "Écoulement et transport couplés en milieux poreux saturés : application à l'injection des sols." Nantes, 2005. http://www.theses.fr/2005NANT2096.
Full text
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Vinches, Corinne. "Études dynamiques de phases éponges diluées : écoulement en milieux poreux et mesures diélectriques." Bordeaux 1, 1994. http://www.theses.fr/1994BOR10524.
Full textAbstract:
La decouverte recente d'une phase de membranes connectees aleatoirement, la phase eponge, a motive de nombreux travaux portant sur la structure et les proprietes de cette phase. C'est l'etude de ses proprietes dynamiques que nous abordons dans cette these. Nous decrivons dans un premier temps l'ecoulement d'une phase eponge en milieu poreux pour mettre en evidence un phenomene d'obstruction lorsque la taille caracteristique de l'eponge devient comparable a la taille des pores. Le reste de l'etude est consacre aux phases eponges du systeme eau salee nacl/sds/pentanol au voisinage de la transition symetrique/asymetrique, par diffusion de la lumiere et par mesures dielectriques, grace au dispositif experimental que nous avons mis au point. Une etude systematique en fonction de la concentration en sel revele la presence de defauts comme effet precurseur a la transition aux plus faibles salinites
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Paiola, Johan. "Écoulement d'un fluide à seuil dans un milieu poreux." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS031/document.
Full textAbstract:
Solides élastiques au repos, les fluides à seuil s’écoulent comme un liquide au-delà d’une certaine contrainte. Plusieurs applications industrielles concernent l’écoulement de ces fluides dans des milieux poreux. On peut citer par exemple les émulsions dans le processus de récupération du pétrole, les opérations de cimentation dans le sol, ou le nettoyage d’un sol contaminé par une boue. Pour ces applications, il est nécessaire de connaitre la pression nécessaire pour un débit voulu à la sortie du milieu poreux. Dans de tels cas, l’écoulement est perturbé par la complexité de la géométrie. Les modèles développés pour décrire la loi de Darcy supposent une loi rhéologique appliquée localement, mais ces modèles décrivent mal ce type d’écoulement. De plus, des effets complexes peuvent s’ajouter comme le glissement à la paroi ou la thixotropie. Dans cette thèse, nous étudions l’écoulement de carbopol (ETD 2050) à travers différentes géométries. Tout d’abord au rhéomètre, nous montrons que le fluide, sous certaines conditions, correspond bien à un fluide à seuil modèle. Nous démontrons que le protocole expérimental utilisé est très important et qu’un comportement thixotropique peut apparaitre s’il n’est pas respecté. Ce comportement apparait notamment lorsque le fluide reste sous le seuil, l’impact augmentant avec le temps d’attente. Ensuite, nous comparons la loi d’écoulement obtenue au rhéomètre à l’écoulement dans un canal droit obtenu par microfabrication. Nous montrons alors l’importance du glissement proche du seuil et ses conséquences sur la loi d’écoulement. Enfin nous étudions l’écoulement du carbopol dans un milieu poreux. Le milieu poreux de 5x5cm est obtenu par microfabrication. La largeur moyenne des canaux est égale à celle du canal droit. Nous avons développé une nouvelle méthode de mesure des champs de vitesse. Nous montrons l’apparition d’une chenalisation de l’écoulement à travers quelques canaux du milieu poreux. Nous comparons ensuite la loi d’écoulement du milieu poreux à celle obtenue dans le canal droit. On remarque que la vitesse d’écoulement est plus faible dans le milieu poreux que dans le canal droitElastic solids at rest, yield stress fluids flow like a liquid beyond a certain stress. Many industrial applications required the flow of these fluids in porous media, for example: the emulsion flow in oil recovery processes, the cementing operations in the ground, or the cleaning of sludge in a contaminated soil. For many applications, it could be interesting to know the pressure required for a desired flow rate. In such cases, the flow behavior of the fluid is complicated by the complexity of the geometry. The models developed to describe Darcy's law assume a rheological law applied locally, but these models poorly describe this type of flow. Furthermore, complex effects can be added like the wall slip or the thixotropy. In this thesis, we study the flow of carbopol (ETD 2050) through different geometries. First we show that the fluid, for some conditions, corresponds to model yield stress fluids. The experimental protocol used is very important and a thixotropic behavior can appear if it is not respected. This behavior appears especially when the fluid remains below the yield stress, the impact increases with the waiting time. We then compare the flow law obtained by rheometer in a straight channel obtained by microfabrication. We show the importance of the wall slip near the yield stress and the impact on the flow law. Finally, using a new method to measure the velocity fields developed during this thesis, we study the flow of carbopol in a porous medium. This porous medium of 5x5cm is obtained by microfabrication. The mean width of the channels is equivalent to the one of the straight channel. We show the emergence of a channeling flow through some channels of the porous medium. We then compare the flow law of the porous medium to the one obtained in the straight channel. It can be observed that the flow rate is lower in the porous medium than in the straight channel
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Bonnet, Jean-Philippe. "Phénomènes de transport dans les mousses métalliques : approche expérimentale des écoulements monophasiques et liquide-gaz." Aix-Marseille 1, 2007. http://www.theses.fr/2007AIX11043.
Full textAbstract:
Les structures tridimensionnelles cellulaires à forte porosité comme les mousses métalliques permettent d'obtenir des gains substantiels en termes d'intensification de transferts de chaleur, de mélanges et de réactions chimiques. Ces matériaux fortement poreux, dont l'utilisation est relativement récente, sont encore mal caractérisés en termes de propriétés de transports et d'écoulement. Les objectifs de ce travail sont la caractérisation des écoulements monophasiques et liquide-gaz dans les mousses métalliques, la compréhension des mécanismes les régissant et enfin la corrélation des résultats à la morphologie des mousses. En écoulement monophasique, deux fluides ont été utilisés : un liquide (eau) et un gaz (air). Nous avons montré que les effets liés à la compressibilité du fluide doivent être pris en compte dès les faibles vitesses. La loi de Forchheimer est la mieux adaptée pour prédire les pertes de pression en écoulement (ReDp 10-10000). Une loi simple reliant les paramètres d'écoulement et la structure de la mousse a été obtenue. La partie diphasique constitue la première étude relative aux écoulements liquide-gaz à co-courant dans les mousses solides. Nous avons établi une base de données conséquente (520 conditions d'écoulement différentes) et confronté nos résultats à différents modèles d'écoulement liquide-gaz. Nous avons montré que tous étaient utilisables en l'état pour effectuer des dimensionnements à des fins industrielles. Cependant, aucun argument ne se dégage objectivement pour privilégier l'un ou l'autre d'entre eux. Nos mesures montrent que la prise en compte simultanée des paramètres fondamentaux que sont le titre, la saturation et le débit masse total, est nécessaire pour progresser vers la compréhension des mécanismes d'écoulement et l'élaboration de modèles plus précis
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El, Ossmani Mustapha. "Méthodes numériques pour la simulation des écoulements miscibles en milieux poreux hétérogènes." Pau, 2005. http://www.theses.fr/2005PAUU3005.
Full textAbstract:
Dans cette thèse, nous nous intéressons à des méthodes numériques pour un modèle d'écoulements incompressibles et miscibles ayant des applications dans l'hydrogéologie et l'ingénierie pétrolière. Nous étudions et analysons un schéma numérique combinant une méthode d'éléments finis mixtes (EFM) et une méthode des volumes finis (VF) pour approcher le système couplé entre une équation elliptique (pression-vitesse) et une équation de convection-diffusion-réaction (concentration). Le schéma VF considéré est de type "vertex centred" semi-implicite en temps : explicite pour la convection et implicite pour la diffusion. On utilise un schéma de Godunov pour approcher le terme convectif et une approximation élément fini P pour le terme de diffusion. Nous montrons des résultats de stabilité La, des estimations BV et le principe du maximum discret sous une condition CFL appropriée. Ensuite, nous montrons la convergence de la solution approchée obtenue par le schéma combiné EFM-VF vers la solution du probléme couplé. La démonstration de la convergence se fait en plusieurs étapes : premièrement, on déduit la convergence forte de la solution approchée de la concentration dans L2(Q) , en utilisant la stabilité La, les estimations BV et des arguments de compacité. Dans l'étape suivante, on étudie le schéma découplé EFM, en donnant des résultats de convergence pour la pression et la vitesse. . . Des simulations numériques académiques et réalistes pour des problèmes bidimensionnels confirment la stabilité et l'efficacité du schéma combiné. Enfin, nous étudions des estimateurs d'erreur a posteriori de type résiduel pour une équation de convection-diffusion-réaction discrétisée par un schéma VF "vertex centred" semi-implicite en temps. Nous introduisons deux sortes d'indicateurs. Le premier est local en temps et en espace et constitue un outil efficace pour l'adaptation du maillage à chaque pas de temps. Le second est global en espace mais local en temps et peut être utilisé pour l'adaptation en temps. Nous montrons que l'estimateur est une borne supérieure de l'erreur. Des résultats numériques d'adaptations de maillage sont présentés et montrent l'efficacité de la méthode. La partie logiciels de ce travail porte sur deux volets. Le premier a permis de réaliser un code de calcul 2D, MFlow, écrit en C++, pour la résolution du système des écoulements miscibles considérés dans cette thèse. Le second volet concerne la collaboration avec un groupe de chercheurs pour l'élaboration de la plate-forme Homogenizer++ réalisée dans le cadre du GDR MoMaS (http://momas. Univ-lyon1. Fr/)In this thesis, we are interested in numerical methods for a model of incompressible and miscible flows having application in hydrogeology and oil engineering. We study and analyze a numerical scheme combining a mixed finite element method (MFE) and a finite volumes method (FV) to discretize the coupled system between an elliptic equation (pressure-velocity) and a convection-diffusion-reaction equation (concentration). The FV scheme considered is "vertex centred" type semiimplicit in time: explicit for the convection and implicit for the diffusion. We use a Godunov scheme to approach the convectif term and a P 1 finite element approximation for the diffusion term. We prove that the FV scheme is La and BV stable and satisfy the discrete maximum principle under a suitable CFL condition. Then, we show the convergence of the approximate solution obtained by the combined scheme MFE-FV towards the solution of the coupled problem. The proof of convergence is done in several steps : first we deduce strong convergence of the approximate solution in L2(Q), using La stability, BV estimates and a compactness argument. In the second step we study the decoupled MFE scheme, by giving a convergence result for the pressure and velocity. In the final step, the process of convergence of the approximate solution of the combined scheme MFE-FV towards the exact solution is obtained by passing in the limit and uniqueness of the solution of the continuous problem. . . Finally, we analyze a residual error estimator for a convection-diffusion-reaction equation discretized by a semi-implicit finite volume. We introduce two kinds of indicators. The first is local in time and space and constitutes an effective tool for the adaptation of the grid to each time step. The second is total in space but local in time and can be used for the adaptation in time. The error etimators with respect to both time and space yield global upper and local lower bounds on the error measured in the energy norm. Numerical results of adaptations of grid are presented and show the effectiveness of the method. The software part of this work concerns two shutters. The first allowed to carry out an IMPES simulator, MFlow, written in C++, for the simulation of the system of miscible flows considered in this thesis. The second shutter relates to the collaboration with a group of researchers for the development of the Homogenizer++ platform realized within the framework of the GDR MoMaS (http://momas. Univ-lyon1. Fr/)
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Pairoys, Fabrice. "Étude expérimentale et numérique des écoulements eau/huile dans les milieux poreux vacuolaires." Bordeaux 1, 2004. http://www.theses.fr/2004BOR12850.
Full textAbstract:
Les milieux poreux vacuolaires se rencontrent dans de nombreux réservoirs spécialement dans les réservoirs carbonatés. Ils sont constitués d'une matrice poreuse continue, parsemée de cavités (appelées vacuoles) résultant de processus de diagenèse complexe. Dues à leur structure, ces milieux poreux ont des propriétés de transport spéciales, l'optimisation de la récupération de l'huile nécessite alors une bonne description des écoulements eau/huile. Les échantillons modèles vacuolaires sont obtenus à partir de barreaux de grès, représentant la matrice poreuse homogène et continue dans laquelle des trous cylindriques, représentant les vacuoles, sont réalisés. Des fenêtres transparentes, placées de part et d'autre des vacuoles, permettent une visualisation directe de la distribution et de l'évolution des phases durant l'écoulement. Dans cette configuration, l'écoulement est bidimensionnel et les cartes de saturation sont obtenues à partir de mesures locales de saturation utilisant la technique d'atténuation d'un rayonnement ?. Durant les cycles de drainage et d'imbibition, des mesures de saturation, de différence de pression et de récupération sont effectuées. Deux couples saumure/huile ont été testés dans le but de mettre en évidence les effets relatifs des forces de gravité et de viscosité. Des simulations numériques 2D, utilisant un logiciel industriel, sont réalisées sur les milieux vacuolaires. Dans notre configuration, un modèle de type Darcy généralisé hétérogène est testé. Le milieu vacuolaire est représenté par deux régions correspondant respectivement à la matrice et aux vacuoles. Les propriétés pétrophysiques de la matrice sont identifiées par calage des résultats expérimentaux obtenus sur un échantillon homogène similaire, sans vacuoles. Dans la région vacuolaire, une pression capillaire nulle est choisie et plusieurs types de perméabilités relatives à l'huile et à l'eau sont testés : les évolutions de pression, de saturation et de production sont finalement comparées à celles obtenues expérimentalementVugular porous media are found in many reservoirs especially those constituted of carbonate rocks where large cavities (called vugs) resulting from complex diagenetic processes are embedded in the porous matrix. Due to their structure, these porous materials have special transport properties and optimization of oil recovery from such reservoirs requires a good description of two-phase -oil and water- flow. Model vugular samples were obtained from a sandstone core, representing the continuum and homogeneous porous matrix through which cylindrical holes, representing the vugs, were drilled. Transparent windows, placed in front of the vugs allow a direct observation of the two-phase distribution and the evolution during flow. Due to the configuration, the flow is two-dimensional and saturation maps were obtained from local saturation measurement in the porous matrix using a ?-ray attenuation technique. During drainage and imbibition cycles, saturation, pressure and recovery measurements are performed. Using different density contrasts between oil and brine, the relative effect of viscous and gravity forces was investigated. Two-dimensional numerical simulations were performed on the experimental configuration using an industrial software. In our configuration, a heterogeneous generalized Darcy's model is tested. The vugular core was represented by a two-region medium corresponding to the matrix and vugs respectively. Petrophysical properties of the porous matrix were assigned by fitting experimental two-phase flow results obtained on a separate but similar homogeneous core -without vugs. In the region corresponding to the vugs, a zero capillary pressure was used while different sets of oil and water relative permeabilities were tested for comparison of pressure and saturation evolution on the vugular core with experimental data
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Bendounan, Kada. "Analyse optique du processus de mélange dans les milieux poreux réalisés par photolithographie." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1998. http://www.theses.fr/1998INPL098N.
Full textAbstract:
Le transport de soluté dans les milieux poreux a retenu l'intérêt des chercheurs depuis de nombreuses années en raison du grand nombre des applications concernées. Ce travail est consacré à l'étude du processus de mélange dans des milieux poreux saturés. Ces milieux sont fabriqués par photolithographie et sont constitués d'un arrangement aléatoire de cylindres circulaires orthogonaux à une surface support. Pour la fabrication de tels milieux poreux, dans une première étape, les limites et les difficultés de leur fabrication par le procédé classique de la stéréophotolithographie laser point par point sont cités alors que dans une deuxième étape, un nouveau procédé de fabrication par masque est présenté. Deux appareils de réalisation sont utilisés et comparés. Une technique est mise en œuvre pour étudier la dispersion matérielle d'un traceur coloré dans ces milieux. Elle est basée sur le principe de l'absorption de la lumière (loi de beer-lambert) : un rayon lumineux émis par un laser traverse le milieu poreux, son intensité atténuée par la fraction absorbée par le traceur est mesurée dans différents points par un système photonique commandé par des moteurs pas à pas. Pour un milieu poreux aléatoire, on a étudié l'influence de la variation du débit d'écoulement et la concentration initiale du traceur sur le profil temporel de concentration, ainsi que la variation de ce dernier en fonction de la distance par rapport au point d'injection du traceur. Cette méthode de mesure a été étendue à la mesure simultanée en deux points. Elle permet d'accéder aux intercorrélations spatiales entre les profils de concentration pour différentes séparations. Le procédé de fabrication des milieux poreux et la technique de mesure sont particulièrement appropriés à l'étude de la dispersion dans les milieux poreux désordonnés par une étude plus approfondie des échelles temporelles et spatiales représentatives de l'écoulement.
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Adjallah, Condo Sèhoénou. "Écoulement d'air dans les milieux poreux granulaires : optimisation de la ventilation des silos à grains." Paris 12, 1994. http://www.theses.fr/1994PA120039.
Full text
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Marusic-Paloka, Eduard. "Modélisation par homogénéisation des écoulements en milieux poreux fissurés." Saint-Etienne, 1995. http://www.theses.fr/1995STET4008.
Full textAbstract:
Dans cette thèse nous présentons plusieurs résultats qui concernent l'homogénéisation appliquée à la modélisation des milieux poreux. Elle est composée de quatre chapitres indépendants. Dans les premier et deuxième chapitres nous étudions le comportement effectif des solutions de l'équation de Laplace et du système de Stokes dans un milieu poreux, contenant une fissure mince. Suivant la relation entre la taille caractéristique des pores et l'épaisseur de la fissure nous trouvons trois modèles différents. Le troisième chapitre présente un résultat qui concerne les estimations d'erreur pour les correcteurs dans l'homogénéisation du système de Stokes et de Navier-Stokes, pour un milieu poreux. Dans le dernier chapitre nous étudions les effets inertiels pour un écoulement visqueux, rapide dans une couche ondulée. Nous trouvons une loi globale non linéaire
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Fergui, Omar. "Ecoulements instationnaires de mousses en milieu poreux." Bordeaux 1, 1995. http://www.theses.fr/1995BOR10554.
Full textAbstract:
L'injection de gaz sous forme de mousse au sein de gisements petroliers dans le cadre des methodes de recuperation amelioree du petrole peut permettre de palier a certains problemes rencontres lors de l'etape de recuperation secondaire (segregation gravitaire, presence d'heterogeneites). Le but de cette methode est de reduire de facon significative la mobilite du gaz qui, en presence de mousse, est fonction principalement de la densite de lamelles liquides in-situ (texture). Le volet experimental de ce travail consiste en l'etude de l'influence de la concentration en tensioactif et de la vitesse du gaz sur des ecoulements de mousses en milieu poreux en regime instationnaire. La modelisation de ce type d'ecoulement est basee sur une approche de type population balance c'est a dire une prise en compte de l'evolution de la texture de la mousse in situ associee aux equations classiques d'ecoulements diphasiques en milieu poreux
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Trottier, Nicolas. "Modélisation des écoulement en milieux poreux fracturés : estimation des paramètres par approche inverse multi-échelle." Phd thesis, Université de Strasbourg, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01037933.
Full textAbstract:
Ce travail a pour objectif de développer et d'appliquer une méthode originale permettant de simuler l'écoulement dans un milieu poreux fracturé. Cette méthode repose sur une approche multicouches double continuum permettant de séparer le comportement des différents aquifères présents sur un site. La résolution des écoulements, basée sur la méthode des Eléments Finis de Crouzeix-Raviart, est associée à une méthode inverse (minimisation de type Quasi-Newton combinée à la méthode de l'état adjoint) et à une paramétrisation multi-échelle.La méthode est appliquée dans un premier temps sur l'aquifère fracturé du site expérimental de Poitiers. Les résultats montrent une bonne restitution du comportement de l'aquifère et aboutissent à des champs de transmissivité plus réguliers par rapport à ceux de l'approche simple continuum. L'application finale est réalisée sur le site de Cadarache (taille plus importante et données d'entrée moins denses). Le calage des deux aquifères présents sur le site est satisfaisant et montre que ceux-ci se comportent globalement de façon indépendante. Ce calage pourra être amélioré localement grâce à données de recharge plus fines.
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Clerget, Mattéo. "Formation et destruction de mousse en écoulement dans un milieu confiné." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2023. http://www.theses.fr/2023SORUS493.
Full textAbstract:
L'injection de mousse en milieu poreux est une technique très prometteuse pour de nombreuses applications comme le stockage de dioxyde de carbone, la dépollution des sols ou la récupération assistée du pétrole. L'écoulement de cette mousse en milieu confiné met en jeu différents processus de formation ou de destruction des bulles qui la composent. La compréhension des mécanismes physiques de ces processus est nécessaire à l’amélioration du procédé, notamment au travers de l'optimisation de la formulation de la phase liquide.Notre approche consiste à découpler ces différents phénomènes, grâce à des dispositifs modèles d’écoulement à deux dimensions, à l’échelle de la micro- ou milli-fluidique. Leur transparence nous permet de visualiser la structure de la mousse en écoulement et de faire le lien avec ses propriétés macroscopiques. Différents tensioactifs et additifs sont systématiquement testés afin d’étudier la capacité de nos dispositifs à les discriminer, et les résultats obtenus sont systématiquement comparés aux résultats obtenus en milieu poreux.Notre première expérience, qui étudie la formation de bulles lors du passage du co-écoulement gaz/liquide dans un pore microfluidique, met en évidence un phénomène d’hystérèse de formation expliqué par un processus de rétroaction hydrodynamique amorcé par l'écoulement en aval. Nous mettons également en évidence grâce à des simulations numériques l'existence d'une limite à la qualité de la mousse pouvant être formée, liée uniquement à la géométrie du pore. Différents tensioactifs sont étudiés, et ces résultats sont comparés à des mesures à la fois en volume et en milieu poreux à trois dimensions.Notre seconde expérience étudie l’influence de l’ajout d’un additif sur cette formation, notamment au travers des effets Marangoni que celui-ci génère. Un modèle théorique simple est développé pour prendre en compte ces effets.Nous décrivons enfin un montage de millifluidique permettant d’observer et d’étudier la destruction de mousse par coalescence de bulles. Nous montrons que les résultats diffèrent drastiquement en fonction des tensioactifs et additifs utilisésFoam injection into porous media is a highly promising technique for a wide range of applications, including carbon dioxide storage, soil remediation, and enhanced oil recovery. The flow of this foam in a confined environment brings into play different processes of formation or destruction of the bubbles of which it is composed. Understanding the physical mechanisms of these processes is essential to improve this technique, in particular by optimizing the formulation of the liquid phase.Our approach is to decouple these different phenomena, using two-dimensional flow model devices, at the micro- or milli-fluidic scale. Their transparency allows us to visualize the structure of the flowing foam and to relate it to its macroscopic properties. Various surfactants and additives are systematically tested to investigate the ability of our devices to screen them, and the results obtained are systematically compared with those obtained in porous media.Our first experiment, which studies the formation of bubbles during the passage of a gas/liquid co-flow in a microfluidic pore, highlights a formation hysteresis phenomenon explained by a hydrodynamic feedback process initiated by the downstream flow. Using numerical simulations, we also demonstrate the existence of a limit to the quality of foam that can be formed, linked solely to the pore geometry. Different surfactants are investigated, and these results are compared with measurements both in volume and in three-dimensional porous media.Our second experiment studies the influence of an additive on this formation, in particular through the Marangoni effects it generates. A simple theoretical model is developed to account for these effects.Finally, we describe a millifluidic setup for observing and studying foam destruction by bubble coalescence. We show that the results vary drastically depending on the surfactants and additives used
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Cochard, Thomas. "Injection de tensioactif pour la récupération assistée du pétrole : implication sur les lois régissant les écoulements eau-hydrocarbure-tensioactif en milieu poreux." Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066647.
Full textAbstract:
L'objectif principal de ces travaux de thèse est l'étude expérimentale de la mobilisation de l'huile dans le cadre de la récupération assistée du pétrole à base de tensioactif dans un milieu poreux en deçà de la saturation en huile résiduelle. A saturation en huile résiduelle, le réseau d'huile est déconnecté et constitué de ganglions dans l'ensemble du milieu poreux. Cette huile résiduelle est difficile à produire dans les conditions classiques de récupération du pétrole à cause du piégeage capillaire des ganglions, piégeage corrélé à la tension interfaciale entre l'huile et l'eau. Le déplacement de la solution de tensioactif et sa caractérisation a été réalisé au travers d'injections en milieux poreux naturels. L'étude a été réalisée dans un premier temps en conditions monophasiques, c'est-à-dire en absence d'huile. Les courbes de percée ont été analysées pour étudier les paramètres de dispersivité et d'adsorption des échantillons. Les expériences sont ensuite utilisées pour améliorer la modélisation du transport du tensioactif en milieu poreux. Pour le cas diphasique, nous avons développé un système microfluidique avec une géométrie de pore variable, le plus représentatif possible d'un milieu poreux naturel. Il s'agit dans les expériences d'injecter un petit ganglion d'huile à travers un canal central et de balayer la puce microfluidique avec la solution tensioactive dans des conditions contrôlées. L'objectif est d'étudier le déplacement du ganglion d'huile au sein du micromodèle. De nouveaux mécanismes sont identifiés et une voie de modélisation des phénomènes physique est proposéeThe main objective of the PhD is to study experimentally the oil mobilization using surfactant in a porous media below the residual oil saturation. At the residual oil saturation, the oil network is disconnected and organized in ganglia of different sizes and shapes all along the sample. This residual oil is difficult to produce in the classical conditions of water flooding because of capillary trapping created by the interfacial tension between oil and water. Injection of surfactant is able to mobilize the remaining oil at flow rates consistent with the real case of an oil mature reservoir. The use of surfactant allows lowering the interfacial tension by several orders of magnitude, towards ultra-low values (10-3 mN/m), strongly decreasing the capillary forces and so, mobilizing the oil. The first main study of the PhD work was to characterize the displacement of the surfactant injected in a sandstone sample in monophasic conditions (without oil). Breakthrough curves have been analyzed in term of dispersivity and adsorption. Experiments have shown that a better way to model the surfactant transport is to use a Langmuir kinetic adsorption model. For the diphasic case, we have developed a microfluidic 2D system with a random pore geometry of controlled conditions. The experiments are based on the injection of a small ganglia through a central channel, then, a surfactant flood is generated. The aim is to see how ganglia are displaced within the micromodel. New mechanisms have been identified and a way to model those phenomena has been proposed. A better understanding of surfactant and oil transport in porous media is key for chemical enhanced oil recovery processes
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Ondami, Bienvenu. "Sur quelques problèmes d'homogénéisation des écoulements en milieux poreux." Pau, 2001. http://www.theses.fr/2001PAUU3002.
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Dominguez, Armando. "Formation d'une phase gazeuse par décompression d'une solution binaire (liquide-gaz) en milieu poreux : étude expérimentale et modélisation sur milieux modèles." Toulouse, INPT, 1997. http://www.theses.fr/1997INPT027G.
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Le travail presente dans ce memoire concerne l'etude de la formation et de la croissance d'une phase gazeuse par decompression d'un liquide sursature en gaz au sein d'un milieu poreux. La maitrise de cette situation, qui se rencontre lors de l'exploitation de certains gisements de petrole ou geothermiques, est tout a fait capitale pour traiter convenablement les historiques de production de masse ou d'energie. Inscrit dans la continuite des etudes anterieurement developpees sur le sujet au sein de l'institut de mecanique des fluides de toulouse, le present travail s'efforce de repondre a deux objectifs: premierement, completer l'investigation experimentale deja effectuee, en utilisant une gamme plus large de solutions, afin d'evaluer non seulement l'influence du nombre de jacob et du taux de decompression mais egalement de la mouillabilite et de la gravite sur les phenomenes etudies, deuxiemement, proposer des modeles de simulation numerique offrant des possibilites d'analyse et de prediction aussi bien de la formation de la phase gazeuse (nucleation) que de sa croissance. Pour developper ce programme, en l'occurence limite a la configuration 2d (afin de pouvoir associer aux donnees quantitatives des observations phenomenologiques) et aux regimes principalement controles par la capillarite et la diffusion moleculaire (afin d'eviter la complexite du couplage des phenomenes hydrodynamiques et massiques dans la simulation numerique) differents moyens methodologiques ont ete adaptes, developpes et evalues. Ces moyens concernent: du point de vue experimental: l'implantation d'un systeme d'acquisition et de traitement d'images permettant le suivi instantane de l'apparition des bulles de gaz et de leur croissance, du point de vue numerique: la conception d'un automate permettant de reproduire la localisation spatiale des sites de nucleation et surtout la croissance des amas gazeux. Outre la confirmation des mecanismes de formation de la phase gazeuse: preexistence de bulles, piegeage capillaire, activation sequentielle des sites et croissance par diffusion, les resultats experimentaux ont permis de distinguer et de quantifier les consequences de la sursaturation du mouillage et de la gravite sur la croissance de la phase gazeuse. Les lois obtenues sont tres differentes de celles connues hors milieu poreux. Comme l'indique l'etude de certains facteurs geometriques, issus de l'analyse d'images, ces differences sont fortement correlees avec l'evolution specifique de l'aire interfaciale, gaz-liquide, au sein de la microstructure. La simulation du processus de croissance d'un amas gazeux et d'envahissement du milieu poreux a ete effectuee a l'aide d'un automate numerique construit a partir des observations, analyses et interpretations des phenomenes a l'echelle des pores. Fonde sur une succession d'
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Laquerie, Nathalie. "Simulation numérique d'un écoulement diphasique multicomposant en milieu poreux." Bordeaux 1, 1997. http://www.theses.fr/1997BOR10526.
Full textAbstract:
Le but de la thèse est de simuler le lessivage par injection d'eau d'un aquifère pollué par un hydrocarbure. L'accent est mis sur la modélisation où l'on prend en compte de façon explicite les échanges entre les phases, sans faire l'hypothèse d'équilibre local. Ce modèle nous a conduit à étudier un système de convection-diffusion-réaction dans lequel les temps caractéristiques régissant les divers mécanismes mis en jeu sont très différents. Dans un premier temps, nous avons fait l'étude monodimensionnelle, afin de cerner les principales difficultés : non linéarité, dégénérescence, caractère hyperbolique des équations. Afin de traiter aussi précisément que possible ces trois phénomènes, un schéma basé sur la méthode des pas fractionnaires est mis en place. Pour résoudre la partie convection, nous avons utilisé les schémas de Roe et de Harten, puis un schéma basé sur la méthode MUSCL introduite par Van Leer. La partie diffusion est traitée de manière semi-implicite par un schéma aux différences finies centrées. La partie réaction se ramène à l'étude d'un système d'équations différentielles ordinaires, qui est traité de façon semi-implicite. Dans ces deux dernières parties, les non-linéarités sont résolues à l'aide de la méthode de Newton. Ensuite, le schéma proposé est étendu à la dimension deux. On présente quelques tests numériques pour prouver la faisabilité de la méthode
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Amir, Laila. "Modèles couplés en milieux poreux : transport réactif et fractures." Phd thesis, Paris 9, 2008. https://bu.dauphine.psl.eu/fileviewer/index.php?doc=2008PA090061.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur la modélisation numérique pour l'écoulement et le transport dans les milieux poreux. Nous présentons une nouvelle méthode de couplage entre les réations chimiques et le transport en utilisant une méthode de Newton-Krylov, et nous étudions un modèle d'écoulement qui traite l'intersection des fractures par une méthode de décomposition de domaine. Ce travail est divisé en trois parties: la première partie est une analyse de différents schémas numériques pour la discrétisation du problème d'advection-diffusion, notament par une technique de séparation d'opérateurs, ainsi que leur mise en oeuvre informatique dans un code industriel. La deuxième partie, qui est la contribution majeure de cette thèse, est consacrée à la modélisation et l'implémentation d'une méthode de couplage globale pour le transport réactif. Le système couplé transport-chimie est décrit, après discrétisation en temps, par un système d'équations non linéaires. La taille du système sous-jacent, à savoir le nombre de points de grille multiplié par le nombre d'espèces chimiques, interdit la résolution du système linéaire par une méthode directe. Pour remédier à cette difficulté, nous utilisons une méthode de Newton-Krylov qui évite de former et de factoriser la matrice Jacobienne. Dans la dernière partie, nous présentons un modèle d'écoulement dans un milieu fracturé tridimentionnel, basée sur une méhode de décomposition de domaine, et qui traite l'intersection des fracures. Nous démontrons l'existence et l'unicité de la solution, et nous validons le modèle par des tests numériquesThis thesis deals with numerical simulation of coupled models for flow and transport in porous media. We present a new method for coupling chemical reactions and transport by using a Newton-Krylov method, and we also present a model for in fractured media, based on a domain decomposition method that takes into account the case of intersecting fractures. This study is composed of three parts: the first part contains an analysis, and implementation, of various numerical methods for discretizing advection-diffusion problems, in particular by using operator splitting methods. The second part is concerned with a fully coupled method for modeling transport and chemistry problems. The coupled transport-chemistry model is described, after discretization in time, by a system of nonlinear equations. The size of the system, namely the number of grid points times the number a chemical species, precludes a direct solution of the linear system. To alleviate this difficulty, we solve the system by a Newton-Krylov method, so as to avoid forming and factoring the Jacobian matrix. In the last part, we present a model of flow in 3D for intersecting fractures, by using a domain decomposition method. The fractures are treated as interfaces between subdomains. We show existence and uniqueness of the solution, and we validate the model by numerical tests
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Amir, Laila. "Modèles couplés en milieux poreux : transport réactif et fractures." Phd thesis, Université Paris Dauphine - Paris IX, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00373688.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur la simulation numérique de modèles couplés pour l'écoulement et le transport dans les milieux poreux. Nous présentons une nouvelle méthode de couplage entre les réactions chimiques et le transport en utilisant une méthode de Newton-Krylov, et nous étudions également un modèle d'écoulement en milieu fracturé qui traite l'intersection des fractures par une méthode de décomposition de domaine. Ce travail est divisé en trois parties : la première partie contient une analyse de différents schémas numériques pour la discrétisation des problèmes d'advection-diffusion, notamment par une technique de séparation d'opérateurs, ainsi que leur mise en oeuvre informatique, dans un code industriel.
La deuxième partie, qui est la contribution majeure de cette thèse, est consacrée à la modélisation et à l'implémentation d'une méthode de couplage globale pour le transport réactif. Le système couplé transport-chimie est décrit, après discrétisation en temps, par un système d'équations non linéaires. La taille du système sous-jacent, à savoir le nombre de points de grille multiplié par le nombre d'espèces chimiques, interdit la résolution du système linéaire par une méthode directe. Pour remédier à cette difficulté, nous utilisons une méthode de Newton-Krylov qui évite de former et de factoriser la matrice Jacobienne.
Dans la dernière partie, nous présentons un modèle d'écoulement dans un milieu fracturé tridimensionnel, basé sur une méthode de décomposition de domaine, et qui traite l'intersection des fractures. Nous démontrons l'existence et l'unicité de la solution, et nous validons le modèle par des tests numériques.
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Ouali, Chakib. "Caractérisation multi-échelle de l’écoulement de mousses en milieux poreux en contexte EOR." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS001.
Full textAbstract:
L’utilisation de la mousse en récupération assistée du pétrole (Enhanced Oil Recovery, EOR) présente un avantage indéniable par rapport à l’injection du gaz seul pour pallier les problèmes de ségrégation gravitaire et de digitations visqueuses. Son utilisation systématique en ingénierie du réservoir nécessite des connaissances plus approfondies sur son comportement en milieu poreux. La littérature montre deux types d’approches expérimentales basées soit sur des études pétrophysiques effectuées sur des systèmes poreux 3D et basées sur des mesures de pressions intégrées sur l’ensemble du milieu poreux, soit sur des études micro-fluidiques qui permettent une visualisation directe de l’écoulement mais qui sont limitées à des systèmes modèles dans des géométries à 1 ou 2 dimensions. L’objectif de cette thèse est de faire le pont entre ces deux approches. La stratégie proposée consiste à caractériser in situ l’écoulement de la mousse dans des milieux poreux 3D à différentes échelles, en utilisant des techniques complémentaires permettant d’accéder à une large gamme de résolutions spatiale et temporelle. Un environnement instrumenté donnant accès aux mesures pétro-physiques classiques a été développé puis couplé à différentes cellules d’observation conçues spécifiquement pour chaque instrument de caractérisation. Dans un premier temps, un scanner X a été utilisé pour décrire et visualiser les écoulements de la mousse à l’échelle de la carotte. La rhéologie de la mousse à cette échelle a pu être étudiée en fonction des conditions d’injections comme la vitesse interstitielle du gaz et la qualité de mousse. Dans un deuxième temps, la technique de diffusion des neutrons aux petits angles (SANS) a permis de sonder la texture de la mousse en écoulement sur trois ordres de grandeurs en taille. Des informations in situ sur la texture de la mousse en écoulement (taille et densité des bulles et des lamelles) ont pu être mesurées pour différentes qualités de mousse puis en fonction de la distance au point d’injection. Une comparaison avec les caractéristiques géométriques du milieu poreux a également été effectuée. Dans un troisième temps, la micro-tomographie X rapide haute résolution sur Synchrotron a été utilisée pour visualiser la mousse en écoulement à l’échelle du pore. Cette technique a permis de confirmer de visu certaines caractéristiques de la mousse mesurées par SANS et de décrire en sus les effets d’intermittence du piégeage de la mousse. Cette étude constitue une étape importante de la caractérisation multi-échelle de l’écoulement des mousses en milieux poreux 3D et apporte des éléments de réponse à certaines hypothèses admisesFoam has long been used as a mobility control agent in Enhanced Oil Recovery (EOR) processes to enhance sweep efficiency and overcome gravity segregation, viscous fingering and gas channeling, which are gas-related problems when the latter is injected alone in the reservoir. However, the systematic use of foam in reservoir engineering requires more in-depth knowledge of its dynamics in porous media. The literature shows two types of experimental approaches based either on petrophysical studies carried out on 3D porous systems and based on pressure measurements, or on microfluidic studies that allow direct visualization of foam flow but are limited to 1D or 2D model systems. The research investigated in this thesis aims to bridge the gap between these two approaches. The proposed strategy is to characterize in situ the foam flow in 3D porous media with techniques providing a wide range of temporal and spatial resolutions. A coreflood setup giving access to classical petro-physical measurements was developed and then coupled to different observation cells designed specifically for each characterization instrument. First, an X-ray CT scanner was used to describe and visualize the foam flow at the core scale. The rheological behavior of foam on this scale was studied as a function of the injection conditions such as gas velocity and foam quality. Secondly, Small Angle Neutron Scattering (SANS) was used to probe the foam structure in situ during the flow, on a wide length scale, up to three orders of magnitude in size. In situ foam texture (size and density of bubbles and lamellae) was measured for different foam qualities and at different propagation distances from the injection point. A comparison to the geometric characteristics of the porous medium was also realized. Thirdly, High Resolution Fast X-ray Micro-tomography on a Synchrotron was used to visualize the foam flow at the pore scale. This allowed to confirm visually some foam characteristics measured with SANS and to investigate on local intermittent gas trapping and mobilization. This study is an important step in the multi-scale characterization of foam flow in 3D porous media and provides some answers to certain generally accepted assumptions
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Agnaou, Mehrez. "Une étude numérique des écoulements mono et diphasique inertiels en milieux poreux." Thesis, Paris, ENSAM, 2015. http://www.theses.fr/2015ENAM0050/document.
Full textAbstract:
: Ce travail concerne l'écoulement inertiel en milieu poreux rencontré dans diversessituations telles que les écoulements autour des puits pour la récupération pétrolière, lesécoulements dans les réacteurs catalytiques, etc. En régime stationnaire, les différents modèlesmacroscopiques pour décrire ces écoulements inertiels (non-linéaires) demeurent encore sujetsà débat. Ces modèles consistent en une loi de Darcy corrigée de termes dont la dépendancevis à vis de la vitesse de filtration relève du régime d'écoulement. Dans ce travail, une attentionparticulière est portée tout d'abord à l'étude numérique (DNS), sur des structures modèles, de lalimite de stationnarité de l'écoulement monophasique newtonien qui correspond à la premièrebifurcation de Hopf, caractérisée par un nombre de Reynolds critique. La connaissance de cettelimite est cruciale puisqu'elle détermine le domaine de validité des modèles macroscopiquesstationnaires pertinents. Dans un deuxième temps, la dépendance de la déviation (inertielle) àla loi de Darcy par rapport aux propriétés de la structure poreuse (forme des grains, désordre)et à l'orientation de l'écoulement est étudiée dans le cas de structures 2D et 3D. Les propriétéseffectives de la structure à l'échelle macroscopique sont déterminées à partir de la résolutionnumérique des problèmes de fermeture associés au modèle macroscopique obtenu par prisede moyenne des équations de Navier-Stokes. Afin de déceler l'origine de cette déviation et sesdifférentes formes, l'évolution de la structure microscopique de l'écoulement en fonction dunombre de Reynolds est analysée. Plus particulièrement, le rôle des zones de recirculation, etles corrélations avec la courbure des lignes de courant multipliée par l’énergie cinétique localeet la variation de l’énergie cinétique le long de ces lignes sont étudiés. La dernière partie dutravail est consacrée à une étude numérique, toujours dans des situations modèles, de ladéviation à la loi de Darcy généralisée dans le cas de l'écoulement diphasique inertielThis work focuses on inertial flow in porous media encountered in differentindustrial situations such as flow around wells in oil recovery, flow in filters and in columns ofreactors for chemical engineering, etc. In stationary flow regime, the different macroscopicmodels describing inertial (non-linear) flow are still discussed. These models consist in theDarcy’s law with correction extra terms whose dependence upon the filtration velocity is afunction of the flow regime. In this work, a particular attention is attributed first to the numericalinvestigation (DNS), on model structures, of the limit of one phase Newtonian stationary flowwhich corresponds to the first Hopf bifurcation, characterized by a critical Reynolds number.The knowledge of this limit is crucial since it establishes the ranges of validity of the relevantmacroscopic stationary models. In a second step, the dependence of the deviation (inertial)from Darcy’s law on the properties of the porous structure (grains shape, disorder) and on theorientation of the flow is analyzed in 2D and 3D situations. The effective properties of thestructure and the flow at the macroscopic scale are obtained from the numerical resolution ofthe closure problems associated to the macroscopic model obtained from an up-scalingprocedure (volume averaging) of the Navier-Stokes equations. In order to identify the origin ofthe deviation and its different forms, the variation of the microscopic flow structure with theReynolds number is analyzed. More specifically, the role of the recirculation zones, and thecorrelations with flow streamlines curvature multiplied by the local kinetic energy and thevariation of the kinetic energy along these lines are studied. The last part of the work isdedicated to a numerical investigation of the deviation from the generalized Darcy’s law in thecase of two phase inertial flow
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Id, Moulay Mohamed. "Simulation numérique 3D d'Écoulement Multiphasiques Réactifs en Milieux Poreux." Thesis, Pau, 2019. http://www.theses.fr/2019PAUU3015.
Full textAbstract:
La modélisation du transport réactif est utilisée dans de nombreuses applications énergétiques et environnementales liées aux écoulements souterrains. La modélisation de tels problèmes conduit à un système hautement non linéaire d'EDP couplées à des équations différentielles ordinaires ou algébriques. Deux types d'approches pour la résolution numérique des problèmes de transport réactif sont largement utilisés dans la littérature. L'une est l'approche de séparation des opérateurs qui consiste à découpler les problèmes d'écoulement et de transport réactif. Ces derniers sont résolus séquentiellement à chaque pas de temps. L'autre stratégie est basée sur une approche entièrement couplée dans laquelle le système entier est résolu simultanément. Le but de la thèse de doctorat est le développement d'un schéma implicite en volumes finis pour la modélisation numérique d'écoulements multicomposants monophasiques et diphasiques avec transport réactif en milieu poreux.Deux nouveaux modules de transport réactif seront implémentés dans DuMuX, un simulateur libre pour les problèmes d'écoulements et de transport dans les milieuw poreux. Des simulations numériques bi et tridimensionnels comprenant des benchmarks et du calcul haute performance, seront effectuées pour valider les modulesReactive transport modeling is used in many energy and environmental applications related to subsurface flows. Modeling such problems leads to a highly nonlinear system of PDEs coupled with algebraic or ODEs. Two types of approaches for the numerical solving of reactive transport problems are widely used in the literature. One is the operator-splitting approach which consists in splitting the flow and reactive transport problems. These latter are solved sequentially at each time step. The other strategy is based on the fully coupled approach in which the entire system is solved simultaneously. The goal of the PhD thesis is the development of a fully coupled fully implicit finite volume scheme for numerical modeling of single and two-phase multicomponent flows with reactive transport in porous media. New reactive transport modules will be implemented in DuMuX, a free and open-source simulator for flow and transport processes in porous media. Numerical simulations for 2D and 3D including benchmark tests and high performance computing will be performed to validate the modules
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Verdière, Sophie. "Méthodes numériques de double maillage pour la simulation d'écoulements polyphasiques dans les milieux poreux." Pau, 1997. http://www.theses.fr/1997PAUU3004.
Full textAbstract:
Les réservoirs pétroliers sont constitués de roches fortement hétérogènes. Les modèles géologiques ainsi générés utilisent un nombre très important d'éléments ou mailles. Pour des raisons de coût de calcul, la simulation numérique des écoulements dans les réservoirs nécessite de travailler sur un nombre de mailles plus réduits. La méthode classique consiste à déterminer le maillage réservoir en mettant à l'échelle les paramètres pétrophysiques. Cette démarche a l'inconvénient de ne pas tenir compte de l'évolution au cours du temps des variables du problème. Pour pallier ce défaut, on propose d'avoir recours à une homogénéisation pendant la résolution du problème. La méthode de double maillage consiste à résoudre, pour un système couple pression-saturation, chacune des équations du système avec une discrétisation en temps et en espace spécifique. L'appliquer à un problème diphasique revient à résoudre l'équation en pression (parabolique) sur un maillage plus grossier que l'équation en saturation (hyperbolique). Par rapport a un schéma Impes classique, il faut : 1) assurer le passage des résultats de la résolution implicite de l'équation en pression pour faire évoluer la saturation sur le maillage fin ; 2) une fois la saturation mise à jour, éventuellement après plusieurs pas de temps locaux, on calcule les paramètres homogénéisés nécessaires pour la prochaine étape du calcul en pression en tenant compte de la distribution au cours du temps des saturations. Le travail de ces trois ans a permis in fine de montrer la validité de la méthode de double maillage non seulement de manière numérique mais aussi théorique. En effet, la méthode a été validée numériquement sur des écoulements diphasiques incompressibles en milieux hétérogènes que les rapports de mobilités soient favorables ou non. De plus, une démonstration de convergence a assuré la validité théorique de la méthode pour un cas simplifié homogène (système elliptique/hyperbolique).
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Mejni, Fatah. "Structures synchronisées dans les écoulements inhomogènes de convection mixte en milieux poreux." Thesis, Lille 1, 2008. http://www.theses.fr/2008LIL10071/document.
Full textAbstract:
Ce travail porte sur une étude théorique et numérique des structures synchronisées d'un fluide confiné en milieu poreux chauffé par le bas d'une façon inhomogène et soumis à un écoulement horizontal. L'inhomogénéité de la température induit un écoulement stationnaire et faiblement non parallèle dont la stabilité linéaire est étudiée, Les instabilités thermo-convectives sont recherchées sous la forme de modes propres, modulés par un développement WKBJ dans la direction horizontale. Pour les deux configurations génériques présentant un point tournant simple ou double, Il a été démontré que l'existence d'une région d'instabilité locale absolue était nécessaire à l'émergence d'un mode global. Le seuil et la fréquence des oscillations de ce mode global sont déterminés. La dynamique non linéaire est explorée grâce à une équation de Ginzburg-Landau d'une part, et à la résolution numérique directe (RND) bidimensionnelle en méthode spectrale d'autre part. Il a été trouvé que la fréquence obtenue par RND correspond à la fréquence absolue marginale dans le cas d'une configuration avec point tournant double, et à la fréquence absolue imposée par un point tournant simple attaché à l'entrée du milieu, Ce mécanisme de sélection de la fréquence s'avère pertinent, y compris loin du seuil d'instabilité globale. L'analyse fine de la distribution spatiale des structures synchronisées montre que les résultats sont en excellent accord avec la théorie des modes globaux non linéaires. Enfin, une comparaison quantitative entre théorie et expérience met en évidence un très bon accord entre les fréquences des structures synchronisées tridimensionnelles prédites et les fréquences mesuréesMixed convection flow in porous media heated from below non uniformly and subjected to an horizontal pressure gradient is studied theorettcally and numericalIy. The prescribed temperature at the bottom boundary is assumed to vary slowly in space. The result is the establishment of a weak inhomogeneous basic state, the stabIllty of which is carried out using the WKBJ approximation. Depending on the choice of the imposed inhomogeneous temperature profile, two cases prove to be of interest: the base flow displays an absolute instability region either detached from the inlet or attached to it. Results from combined direct numerical simulations and limear stability approach have revealed that in the first case, the nonlinear solution is a steep nonlinear global mode, with a sharp stationary front located at a margimally absolutely unstable station. ln the second configuration, the scaling laws for the establishment of a nonlmear global mode quenched by the inlet are found to perfectly agree with the theory. It is also found that in both configurations, the global frequency of synchronized oscillations corresponds to the local absolute frequency determined by Iinear criterion, even far from the threshold of global instability. All these results agree remarkably with recent advances of nonlinear global modes theory, A good agreement is also found between the predictions of the theory and the measured global frequencies
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McKee, François. "Etude et mise à l'échelle des écoulements diphasiques en milieux poreux hétérogènes par une approche d'optimisation." Nantes, 2014. http://archive.bu.univ-nantes.fr/pollux/show.action?id=bd435ce7-5514-401b-9305-92faceb0a7ba.
Full textAbstract:
Le couplage de l'expertise géologique et de la simulation numérique permet à l'industrie pétrolière de construire des modèles de réservoir toujours plus détaillés. Ces modèles intègrent la totalité des données de production et de sismique disponibles, mais nécessitent l'utilisation de la géostatistique et d'une approche stochastique. Un grand nombre de simulations est requis pour estimer les réserves d'hydrocarbures et pour optimiser la récupération de pétrole. Lors d'une première étape, les ingénieurs conçoivent un modèle géologique respectant la géométrie du réservoir et pouvant contenir plusieurs millions de mailles. Dans un second temps, un modèle de réservoir, plus grossier, est construit. Celui-ci contient un nombre réduit de mailles et assure un temps de simulation raisonnable. L'upscaling est la caractérisation du modèle de réservoir conformément aux données du modèle géologique. L'upscaling d'écoulements multiphasiques est encore un problème d'actualité. En effet, les méthodes disponibles sont souvent appliquées au cas par cas ou par étapes successives. Les courbes de perméabilités relatives, caractéristiques des écoulements multiphasiques, sont au coeur du problème. Nous proposons ici une méthode d'upscaling des courbes de perméabilités relatives par une approche d'optimisation. Le réservoir étudié est découpé en zones distinctes. Les courbes de perméabilités relatives upscalées, obtenues pour chaque zone, permettent d'obtenir un modèle de réservoir approchant le modèle géologique en termes d'écoulement équivalentGeological and geophysical expertise coupled to numerical simulation allow the petroleum industry to build increasingly detailed reservoir models. These models integrate the whole set of available data (production and seismic) but involve geostatistics and stochastic approach. A large number of simulations is required to estimate hydrocarbon reserves and optimize oil recovery. During a first step, engineers build a geological model respecting the real geometry of the reservoir and containing possibly million of cells. The second step consist in building a coarser model, the reservoir model. It contains less cells in order to ensure that numerical simulation is feasible within a reasonable time. Upscaling is the characterization of the reservoir model accordingly to the geological model properties. Multiphase flows upscaling is still an actual issue. Indeed, methods are applied from case to case or in successive stages. Relative permeability curves, characteristic of multiphase flow equations, are a real issue. The main purpose here is to propose an upscaling method for relative permeability by an optimization approach. The studied reservoir is divided in several zones. The upscaled relative permeability curves obtained for each zone allow the building of a reservoir model. This reservoir model forms a good match for the geological model in terms of equivalent flow
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Jacquet, Claudine. "Caractérisation géométrique et propriétés de transport de milieux poreux consolidés." Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne, 1991. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00844830.
Full textAbstract:
La caractérisation de deux propriétés de transport de matière a l'intérieur de milieux poreux consolides modèle (réalisés par le frittage partiel d'un empilement de billes de verre) a nécessité l'analyse de ces textures poreuses et ce par porosimétrie au mercure et/ou par analyse d'image. Un dispositif expérimental approprie a été mis au point pour étudier chacune de ces deux propriétés à savoir la conductivité électrique d'un électrolyte et l'écoulement d'un liquide. Le facteur de formation, grandeur caractérisant la conductivité électrique, est indépendant de la taille des particules composant le milieu et de l'électrolyte utilise. Il vérifie la loi d'Archie pour des porosités comprises entre 0,20 et 0,40. Il permet d'évaluer la tortuosité t du milieu, en assimilant l'espace poreux à un réseau de tubes tortueux. Deux modèles ont été utilisés pour expliciter les lois expérimentales de variation de la chute de pression subie par le liquide entre les deux extrémités du milieu en fonction de sa vitesse. Le modèle d'Ergun est inadapté à notre étude. Par contre, le modèle de Comiti lui est préférable.
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Tunc, Xavier. "La modélisation des failles conductrices pour les écoulements en milieux poreux." Thesis, Aix-Marseille, 2012. http://www.theses.fr/2012AIXM4809/document.
Full textAbstract:
Dans cette thèse, nous proposons un modèle pour le calcul des écoulements le long des failles. Ce modèle, baptisé modèle double interface permet de traiter deux difficultés majeures rencontrées lors de la modélisation des failles. Tout d'abord, l'utilisation d'un modèle interface, dans lequel les failles sont représentées par des éléments de dimension inférieure permet de s'affranchir du problème d'échelle spatiale. Ensuite, l'utilisation de deux interfaces pour représenter chaque faille permet de traiter naturellement les maillages non-conformes apparaissant dans ce type de problème. Les questions de failles non-planes et de réseaux de failles sont aussi abordées. Ce modèle est validé numériquement sur différents cas tests académiques et un cas synthétique inspiré du stockage du CO2 a aussi été réalisé. Finalement, une étude théorique a été menée afin de confirmer mathématiquement l'approche retenueIn this thesis, we are interested in the modelisation of fluid flow along conductive faults. This model, so-called double interface model tackles two majors difficulties encountered when modelising faults. First of all, the use of an interface model, in which the faults are represented by lower dimension elements allows to treat the problem of space scale. Then, the use of two interfaces to modelise each fault allows to handle quite naturally the non-matching grid problem arising from this kind of problem. The question of non-planar fault and fault networks is also addressed. This model is then validated on several academic test cases and a synthetic case inspire by CO2 storage is also performed. Finally, a theoric study is also conducted in order to validate our approach
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Gassara, Omar. "Modélisation des écoulements de mousse dans les milieux poreux en récupération assistée du pétrole." Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2017. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2017PA066588.pdf.
Full textAbstract:
Depuis les années 60, la mousse présente un grand potentiel pour améliorer le balayage volumétrique par le gaz dans un réservoir pétrolier : des travaux de laboratoire et des essais sur champs montrent l’intérêt technique et économique de ce procédé. En effet, ses caractéristiques uniques, qui résultent de la dispersion du gaz dans un volume de liquide contenant des tensioactifs, en font un bon agent de réduction de mobilité du gaz, et par conséquent, ce qui conduit à la réduction des instabilités visqueuses issues du contraste de mobilité entre le gaz et l'huile en place. Par ailleurs, la mousse atténue les effets préjudiciables des hétérogénéités et de la ségrégation gravitaire sur la récupération, grâce à son comportement différent entres les faciès du réservoir. Dans la pratique industrielle, les simulateurs de réservoir s’attachent à ne modéliser que les effets de la mousse sur les déplacements en régime permanent, sans chercher à prédire son comportement dynamique régi par la génération, destruction et transport des lamelles (films minces) de mousse dans les milieux poreux. Suivant cette approche, la mousse est modélisée comme une réduction de mobilité du gaz, en particulier par le biais des perméabilités relatives, en utilisant des lois d'interpolations de paramètres impactant sa rhéologie, à savoir la vitesse et la qualité de la mousse, la saturation en huile, la concentration en tensioactif et la perméabilité du milieu poreux. Un tel modèle a l’avantage de la simplicité conceptuelle fondée sur l'extension des modèles de Darcy polyphasiques en n’utilisant que les paramètres d'écoulement mesurés au laboratoire, sans y intégrer le nouveau paramètre caractéristique de la mousse qui est la texture (densité des lamelles). Cependant, ces lois empiriques manquent de généralité et doivent être calibrées/ajustées à partir d’essais de laboratoire afin d'assurer la fiabilité des prévisions. Un modèle calibré à partir d’un nombre limité d’expériences comporte un degré d'incertitude et d’indétermination. L’ingénieur de réservoir a néanmoins recours à un tel modèle pour prédire et guider l’exploitation du gisement sur la base de ce procédé. D’où l’objectif principal de cette thèse qui consiste à améliorer le paramétrage des modèles de mousse empiriques via des lois mieux formulées et calibrées afin d’accroitre leur prédictivité. Dans cette thèse, nous avons établi les fondements physiques nécessaires pour valider les modèles empiriques en développant leur équivalence avec les modèles en texture assurée par des relations d’interdépendance entre les paramètres des deux approches. Cette équivalence a été montrée et étudiée en utilisant un modèle à lamelles pré-calibré de la littérature aux mesures de déplacements de mousse en régime permanent. Par ailleurs, ce parallèle avec les modèles en texture nous a permis de mettre au point une nouvelle procédure pour calibrer d'une manière fiable et déterministe les modèles empiriques. Cette procédure a été testée à partir des résultats d'expériences menées à IFPEN traduits en termes de texture en régime permanent. Enfin, nous avons proposé et interprété des lois d'échelle des paramètres du modèle de mousse en fonction de la perméabilité du milieu poreux, en analysant les paramètres des modèles calibrés sur des carottes de différentes perméabilités. L'importance de ces lois a été mise en évidence à travers des simulations sur une coupe de réservoir bi-couche. Les résultats de la simulation indiquent que les prévisions de performance d'un procédé à base de mousse, appliqué à un réservoir hétérogène, nécessitent une bonne connaissance des lois d'échelle des paramètres empiriques avec la perméabilitéConventional techniques of oil recovery consist in injecting water and/or gas into the geological formation to force out the oil. These methods may reveal ineffective because of high permeability contrasts, unfavorable mobility ratio between the driving fluid and the oil in place which generally generates viscous fingering, and gravity segregation. In this context, foam has shown a great potential to overcome all these detrimental effects, and thereafter, to improve the volumetric sweep efficiency. Still some key points need to be addressed regarding the predictive calculation of multiphase foam flow in porous media. Methods for modeling foam flow in porous media fall into two categories: population balance (PB) models and (semi)-empirical (SE) models. On the one hand, PB models describe foam lamellas transport in porous media and predict the evolution of foam microstructure as the result of pore-scale mechanisms of lamellas generation and destruction. Within this framework, the modeling of foam effects on gas mobility is directly related to foam texture (lamellas density) along with the effects of other parameters impacting its rheology such as foam quality and velocity, permeability of the porous media, surfactant concentration, etc. On the other hand, SE models are based on the extension of multiphase classical Darcy's model to describe foam flow in porous media, such that the foam texture effects are described indirectly through a multi-parameter interpolation function of parameters measured/observed in laboratory. Such formulation has to be calibrated from foam flow experimental data on a case-by-case basis, which can turn to be a cumbersome task. Furthermore, SE models involve uncertainty because they are not based on mechanistic laws driving lamellas transport in porous media, and their predictive capacity remains low as too few laboratory data are generally available for their calibration. Nonetheless, the reservoir engineer needs a reliable foam model in order to design, assess and optimize foam enhanced oil recovery processes for field application. Accordingly, this thesis aims at providing further insights into the topics related to the parameterization of (semi)-empirical models through better formulated and calibrated laws in order to improve their predictivity. In this work, we have established the physical basis necessary to validate the (semi)-empirical models. Indeed, we developed the equivalence between SE and PB models achieved through relationships between the parameters of these two modeling approaches (industrial and physical). The equivalence has been established and studied using a pre-calibrated PB model of the literature to fit steady-state foam measurements. In addition, this equivalence allowed us to develop a new procedure to calibrate the (semi)-empirical models in a reliable and deterministic way. This procedure was tested and validated using results from IFPEN core-flood experiments by translating them into steady-state texture measurements. Finally, we proposed scaling laws for empirical model parameters with the permeability of the porous media, by analyzing the fitted parameters on cores of different permeabilities. Different interpretations of the scaling laws are herein provided using theoretical models for lamellas stability. Then, their importance has been demonstrated through simulations on a two layer reservoir cross-section. The simulation results indicate that the predictions of foam flow in a heterogeneous reservoir require a good knowledge of the scaling laws of SE model parameters with permeability
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Sanchez, Mohamed Riad. "Application des techniques de bases réduites à la simulation des écoulements en milieux poreux." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLC079.
Full textAbstract:
En géosciences, les applications associées au calage de modèles d'écoulement nécessitent d'appeler plusieurs fois un simulateur au cours d'un processus d'optimisation. Or, une seule simulation peut durer plusieurs heures et l'exécution d'une boucle complète de calage peut s'étendre sur plusieurs jours. Diminuer le temps de calcul global à l'aide des techniques de bases réduites (RB) constitue l’objectif de la thèse.Il s'agit plus précisément dans ce travail d'appliquer ces techniques aux écoulements incompressibles diphasiques eau-huile en milieu poreux. Ce modèle, bien que simplifié par rapport aux modèles utilisés dans l'industrie pétrolière, constitue déjà un défi du point de vue de la pertinence de la méthode RB du fait du couplage entre les différentes équations, de la forte hétérogénéité des données physiques, ainsi que du choix des schémas numériques de référence.Nous présentons d'abord le modèle considéré, le schéma volumes finis (VF) retenu pour l'approximation numérique, ainsi que différentes paramétrisations pertinentes en simulation de réservoir. Ensuite, après un bref rappel de la méthode RB, nous mettons en oeuvre la réduction du problème en pression à un instant donné en suivant deux démarches distinctes. La première consiste à interpréter la discrétisation VF comme une approximation de Ritz-Galerkine, ce qui permet de se ramener au cadre standard de la méthode RB mais n'est possible que sous certaines hypothèses restrictives. La seconde démarche lève ces restrictions en construisant le modèle réduit directement au niveau discret.Enfin, nous testons deux stratégies de réduction pour la collection en temps de pressions paramétrées par les variations de la saturation. La première considère le temps juste comme un paramètre supplémentaire. La seconde tente de mieux capturer la causalité temporelle en introduisant les trajectoires en temps paramétréesIn geosciences, applications involving model calibration require a simulator to be called several times with an optimization process. However, a single simulation can take several hours and a complete calibration loop can extend over serval days. The objective of this thesis is to reduce the overall simulation time using reduced basis (RB) techniques.More specifically, this work is devoted to applying such techniques to incompressible two-phase water-oil flows in porous media. Despite its relative simplicity in comparison to other models used in the petroleum industry, this model is already a challenge from the standpoint of reduced order modeling. This is due to the coupling between its equations, the highly heterogeneous physical data, as well as the choice of reference numerical schemes.We first present the two-phase flow model, along with the finite volume (FV) scheme used for the discretization and relevant parameterizations in reservoir simulation. Then, after having recalled the RB method, we perform a reduction of the pressure equation at a fixed time step by two different approaches. In the first approach, we interpret the FV discretization as a Ritz-Galerkine approximation, which takes us back to the standard RB framework but which is possible only under severe assumptions. The second approach frees us of these restrictions by building the RB method directly at the discrete level.Finally, we deploy two strategies for reducing the collection in time of pressuresparameterized by the variations of the saturation. The first one simply considers time as an additional parameter. The second one attempts to better capture temporalcausality by introducing parameterized time-trajectories
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Le, maout Vincent. "Modélisation d'écoulements multiphasiques de fluides viscoélastiques en milieux poreux." Thesis, Bordeaux, 2020. http://www.theses.fr/2020BORD0161.
Full textAbstract:
Les écoulements multiphasiques viscoélastiques en milieux poreux sont au centre de nombreuses recherches fondamentales et appliquées. Initiés par l’industrie pétrolière, leur développement s’étend aujourd’hui sur un large éventail de domaines tels que le génie civil, les géosciences, les matériaux composites et plus récemment les sciences de la vie. La formulation mathématique de ces problèmes repose généralement sur des équations gouvernantes formulées directement à l’échelle macroscopique, ou dérivées par changement d’échelle à partir des relations microscopiques. Généralement, la seconde approche est privilégiée, car elle permet d’établir une connexion claire entre les différentes échelles de description du milieu poreux et d’identifier les hypothèses res-trictives nécessaires à la formulation du problème. Cependant, lorsque le changement d’échelle est effectué, de nombreux paramètres restent encore à caractériser, et des conditions de fermeture supplémentaires sont à consi-dérer afin d’obtenir un système mathématique fermé. Pour les écoulements d’intérêt, présentant à la fois un caractère multiphasique et viscoélastique, la prise en compte des relations macroscopiques empiriques usuelles peut être trop imprécise pour rendre compte correctement de la physique sous-jacente, et peu de données expé-rimentales permettent de renseigner les paramètres manquants à l’échelle du milieu poreux.Une solution à ce problème consiste à modéliser numériquement les écoulements directement à l’échelle micros-copique afin de retrouver les grandeurs manquantes par des expériences de microfluidique in silico. Dans ces travaux de thèse, une formulation mathématique d’écoulement multiphasique viscoélastique a ainsi été dérivée à l’échelle du pore pour deux applications d’intérêt : la modélisation de la récupération améliorée du pétrole et la croissance tumorale. La dérivation d’un modèle unique pour ces deux applications utilise les lois de conservation de grandeurs extensives à l’échelle microscopiques considérées lors des opérations de changement d’échelle. La formulation résultante permet une description multiphasique à travers une méthode d’interface diffuse et la prise en compte de la viscoélasticité des phases est modélisée par une loi constitutive d’Oldroyd-B. Le modèle mathématique, implémenté dans un code éléments finis, permet d’étudier comment la rhéologie viscoélastique des solutions de polymère peut être utilisée afin d’améliorer la mobilisation du pétrole à l’échelle du pore lors d’opérations de récupération tertiaire. L’influence de la viscoélasticité sur les résultats numériques obtenus, tout comme l’efficacité du procédé, est comparée aux résultats expérimentaux existant de la littérature. Dans un second temps, le modèle mathématique a été spécialisé pour simuler la croissance d’agrégats de cellules cancéreuses de quelques centaines de microns. L’analogie entre les tissus biologiques et les fluides viscoélastiques est courante pour des fins de modélisations mathématiques depuis les travaux de Steinberg sur la dynamique des tissus vivants. Dans cette thèse, cette similarité est utilisée afin d’étudier le comportement d’agrégats tumoraux dans différents environnements. La formulation biomécanique du problème permet de simuler le comportement de populations cellulaires soumises à des chargements mécaniques externes, qui montrent une modulation de leur vitesse de croissance selon l’état de contrainte du milieu. L’utilisation du modèle mathématique dans ce contexte permet d’isoler les effets mécaniques des effets biologiques sur le régime de croissance, et propose des explications originales sur l’évolution d’agrégats tumoraux en milieux confinés. Enfin, les capacités prédictives de la formulation sur plusieurs expériences in vitro permettent d’illustrer la pertinence de l’utilisation de modèles d’écoulements multiphasiques viscoélastiques pour les problèmes de croissances tumoralesViscoelastic multiphase flows in porous media are at the crossroad of many engineering sciences. Initiated with petroleum industry, their range of application is now extended to many additional areas, such as civil engineer-ing, geotechnics, composite impregnation and more recently life sciences. Mathematical formulations of these problems often rely on governing equations formulated directly at the macroscale, or are derived from micro-scopic considerations using upscaling technics. Generally, the second approach is prefered as it permits to estab-lish a clear connection between the scales of the porous media and to identify the restraining hypothesis neces-sary to the formulation of the equation system. However, when upscaling is performed, many unknown parameters remain to obtain a close set of equations, and additional closure relationships must be considered in order to find a solvable formulation. For the flows of interest, exhibiting multiphasic and viscoelastic properties, the usual macroscale empirical relations may be too inaccurate to capture relevantly the influence of underlying physics at play, and few experimental data allow characterising the missing parameters.A solution to this problem consists in performing numerical simulations at the microscale to extract missing information about media properties through microfluidic experiments in silico. To achieve this multi-scale modelling strategy, a pore scale model has been derived in this thesis for two applications of interest: improved oil recovery and tumor growth. The derivation of a unique model for these applications makes use of conservation equations at the microscale considered during upscaling operations. The obtained formulation allows a multiphase flow description by means of a phase-field method and the viscoelasticity of phases is introduced through the Oldroyd-B constitutive equation. The resulting mathematical model, implemented in a finite element code, permits to study in what extents the introduction of the polymer solution viscoelastic rheology during enhanced recovery process improves the mobilization of oil at pore scale. The influence of viscoelasticity on numerical solutions, as well as sweep efficiency of the medium, is compared to literature experimental results. On other hand, the mathematical model has been specialised to simulate the growth of a few hundred microns wide tumor aggregates. Since the precursor works of Steinberg the viscoelastic fluids analogy for cells aggregate is increasingly used for mathematical modelling. In this thesis, this similarity allows to study numerically the evolution of tumor aggregates in various environments. The biomechanical formulation of the problem permits to simulate cells population behaviour under mechanical load, which affects the growth rate according to the constraints in the system. In this context, the mathematical model is used to separate mechanical from biological effects, and provide original explanations on tumor growth in confined environment. The predictive capacity of the model on in vitro experiments shows the relevance of the viscoelastic multiphase flow for the tumor growth description
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Hidani, Abdelkader. "Modélisation des écoulements diphasiques en milieux poreux à plusieurs types de rochesde roches." Saint-Etienne, 1993. http://www.theses.fr/1993STET4029.
Full textAbstract:
On s'intéresse à la modélisation des écoulements diphasiques de fluides immiscibles et incompressibles en milieu poreux a plusieurs types de roches. On considère que l'écoulement, dans chaque type de roche, est régi par les équations de conservation la masse couplées a la loi de darcy généralisée et a la loi de capillarite. A ces équations s'ajoutent des conditions de transmission à l'interface séparant les différents types de roches. On présente certaines méthodes permettant de modéliser les écoulements diphasiques en milieu poreux hétérogène. Puis on considère deux modèles ; des résultats d'existence et d'unicité sont établis pour ces modèles. Dans le cadre de l'homogénéisation périodique, on détermine aussi, par le moyen de la convergence a deux échelles, les modèles homogénéisés correspondants. Enfin, on présente des simulations numériques
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Gassara, Omar. "Modélisation des écoulements de mousse dans les milieux poreux en récupération assistée du pétrole." Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066588/document.
Full textAbstract:
Depuis les années 60, la mousse présente un grand potentiel pour améliorer le balayage volumétrique par le gaz dans un réservoir pétrolier : des travaux de laboratoire et des essais sur champs montrent l’intérêt technique et économique de ce procédé. En effet, ses caractéristiques uniques, qui résultent de la dispersion du gaz dans un volume de liquide contenant des tensioactifs, en font un bon agent de réduction de mobilité du gaz, et par conséquent, ce qui conduit à la réduction des instabilités visqueuses issues du contraste de mobilité entre le gaz et l'huile en place. Par ailleurs, la mousse atténue les effets préjudiciables des hétérogénéités et de la ségrégation gravitaire sur la récupération, grâce à son comportement différent entres les faciès du réservoir. Dans la pratique industrielle, les simulateurs de réservoir s’attachent à ne modéliser que les effets de la mousse sur les déplacements en régime permanent, sans chercher à prédire son comportement dynamique régi par la génération, destruction et transport des lamelles (films minces) de mousse dans les milieux poreux. Suivant cette approche, la mousse est modélisée comme une réduction de mobilité du gaz, en particulier par le biais des perméabilités relatives, en utilisant des lois d'interpolations de paramètres impactant sa rhéologie, à savoir la vitesse et la qualité de la mousse, la saturation en huile, la concentration en tensioactif et la perméabilité du milieu poreux. Un tel modèle a l’avantage de la simplicité conceptuelle fondée sur l'extension des modèles de Darcy polyphasiques en n’utilisant que les paramètres d'écoulement mesurés au laboratoire, sans y intégrer le nouveau paramètre caractéristique de la mousse qui est la texture (densité des lamelles). Cependant, ces lois empiriques manquent de généralité et doivent être calibrées/ajustées à partir d’essais de laboratoire afin d'assurer la fiabilité des prévisions. Un modèle calibré à partir d’un nombre limité d’expériences comporte un degré d'incertitude et d’indétermination. L’ingénieur de réservoir a néanmoins recours à un tel modèle pour prédire et guider l’exploitation du gisement sur la base de ce procédé. D’où l’objectif principal de cette thèse qui consiste à améliorer le paramétrage des modèles de mousse empiriques via des lois mieux formulées et calibrées afin d’accroitre leur prédictivité. Dans cette thèse, nous avons établi les fondements physiques nécessaires pour valider les modèles empiriques en développant leur équivalence avec les modèles en texture assurée par des relations d’interdépendance entre les paramètres des deux approches. Cette équivalence a été montrée et étudiée en utilisant un modèle à lamelles pré-calibré de la littérature aux mesures de déplacements de mousse en régime permanent. Par ailleurs, ce parallèle avec les modèles en texture nous a permis de mettre au point une nouvelle procédure pour calibrer d'une manière fiable et déterministe les modèles empiriques. Cette procédure a été testée à partir des résultats d'expériences menées à IFPEN traduits en termes de texture en régime permanent. Enfin, nous avons proposé et interprété des lois d'échelle des paramètres du modèle de mousse en fonction de la perméabilité du milieu poreux, en analysant les paramètres des modèles calibrés sur des carottes de différentes perméabilités. L'importance de ces lois a été mise en évidence à travers des simulations sur une coupe de réservoir bi-couche. Les résultats de la simulation indiquent que les prévisions de performance d'un procédé à base de mousse, appliqué à un réservoir hétérogène, nécessitent une bonne connaissance des lois d'échelle des paramètres empiriques avec la perméabilitéConventional techniques of oil recovery consist in injecting water and/or gas into the geological formation to force out the oil. These methods may reveal ineffective because of high permeability contrasts, unfavorable mobility ratio between the driving fluid and the oil in place which generally generates viscous fingering, and gravity segregation. In this context, foam has shown a great potential to overcome all these detrimental effects, and thereafter, to improve the volumetric sweep efficiency. Still some key points need to be addressed regarding the predictive calculation of multiphase foam flow in porous media. Methods for modeling foam flow in porous media fall into two categories: population balance (PB) models and (semi)-empirical (SE) models. On the one hand, PB models describe foam lamellas transport in porous media and predict the evolution of foam microstructure as the result of pore-scale mechanisms of lamellas generation and destruction. Within this framework, the modeling of foam effects on gas mobility is directly related to foam texture (lamellas density) along with the effects of other parameters impacting its rheology such as foam quality and velocity, permeability of the porous media, surfactant concentration, etc. On the other hand, SE models are based on the extension of multiphase classical Darcy's model to describe foam flow in porous media, such that the foam texture effects are described indirectly through a multi-parameter interpolation function of parameters measured/observed in laboratory. Such formulation has to be calibrated from foam flow experimental data on a case-by-case basis, which can turn to be a cumbersome task. Furthermore, SE models involve uncertainty because they are not based on mechanistic laws driving lamellas transport in porous media, and their predictive capacity remains low as too few laboratory data are generally available for their calibration. Nonetheless, the reservoir engineer needs a reliable foam model in order to design, assess and optimize foam enhanced oil recovery processes for field application. Accordingly, this thesis aims at providing further insights into the topics related to the parameterization of (semi)-empirical models through better formulated and calibrated laws in order to improve their predictivity. In this work, we have established the physical basis necessary to validate the (semi)-empirical models. Indeed, we developed the equivalence between SE and PB models achieved through relationships between the parameters of these two modeling approaches (industrial and physical). The equivalence has been established and studied using a pre-calibrated PB model of the literature to fit steady-state foam measurements. In addition, this equivalence allowed us to develop a new procedure to calibrate the (semi)-empirical models in a reliable and deterministic way. This procedure was tested and validated using results from IFPEN core-flood experiments by translating them into steady-state texture measurements. Finally, we proposed scaling laws for empirical model parameters with the permeability of the porous media, by analyzing the fitted parameters on cores of different permeabilities. Different interpretations of the scaling laws are herein provided using theoretical models for lamellas stability. Then, their importance has been demonstrated through simulations on a two layer reservoir cross-section. The simulation results indicate that the predictions of foam flow in a heterogeneous reservoir require a good knowledge of the scaling laws of SE model parameters with permeability
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Semin, Benoît. "Intercation d'une fibre et d'un écoulement en géométrie confinée." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2010. http://pastel.archives-ouvertes.fr/docs/00/55/93/59/PDF/these_BSemin.pdf.
Full textAbstract:
Le déplacement d'objets allongés dans un fluide se retrouve dans de nombreux domaines tels que la récupération du pétrole, la production du papier ou la nage de micro-organismes. Dans ce travail, nous étudions le comportement d'une fibre cylindrique longue dans un écoulement en géométrie confinée (fracture, canal microfluidique). Dans un premier temps, les forces de trainée exercées sur la fibre ont été déterminées expérimentalement et numériquement en fonction de son orientation et de sa position dans l'ouverture. Lorsque la fibre est parallèle à l'écoulement, elle le perturbe faiblement et une modélisation 2D est suffisante ; au contraire, lorsqu'elle est perpendiculaire, l'écoulement devient 3D quand le blocage est incomplet. Pour cette orientation, la portance est suffisante pour maintenir l'objet au centre de l'écoulement. Pour un nombre de Reynolds de l'ordre de 20, cette position devient instable : le cylindre oscille entre les deux parois. Le seuil de l'instabilité est inférieur au seuil d'émission des tourbillons de Bénard-Von Kármán. La position du cylindre est modélisée par une équation de Van der Pol qui prédit quantitativement la bifurcation de Hopf du système. Une interprétation hydrodynamique des coefficients de cette équation est présentée. Nous présentons et validons ensuite une méthode de traitement d'image, qui détermine de manière analytique la forme d'une fibre avec une précision sub-pixel. De plus, l'angle du vecteur tangent et la courbure de la fibre - essentielle car reliée à son moment fléchissant - sont mesurés avec précisionThe motion of elongated objects in a fluid is encountered in many scientific fields, ranging from oil recovery and paper production to microorganism swimming. In the present thesis we study the behavior of a long cylindrical fiber in a confined flow (fracture, microfluidic channel). We first determine both experimentally and numerically the drag on this object as a function of its orientation and position in the aperture. A fiber parallel to the flow only slightly perturbs the flow, and the force on it can be estimated using 2D models. On the contrary, if it is perpendicular to the flow, the latter becomes 3D if blockage is partial. In this configuration, the lift is sufficient to keep the cylinder in the middle of the flow. For Reynolds numbers higher than 20, this position becomes unstable and the cylinder oscillates between the walls. The threshold of this instability is lower than that of Bénard-Von Kármán vortex shedding. The position of the cylinder satisfies a Van der Pol equation, which allows for a quantitative prediction of the Hopf bifurcation of the system. A hydrodynamic interpretation of the coefficients of this equation is given. We also develop and validate a new image processing method, which give the shape of the fiber with a sub-pixel precision. Moreover, the tangent vector angle and the curvature, of interest because it is related to the bending moment, are accurately measured
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Vu, Minh Ngoc. "Modélisation des écoulements dans des milieux poreux fracturés par la méthode des équations aux intégrales singulières." Thesis, Paris Est, 2012. http://www.theses.fr/2012PEST1168/document.
Full textAbstract:
Cette thèse est consacrée au développement d'une méthode numérique visant à modéliser des écoulements dans des milieux poreux fissurés, ainsi qu'à déterminer leur perméabilité effective à partir des avancements théoriques récents. En parallèle, elle a été aussi l'occasion de continuer sur la voie théorique et d'obtenir de nouveaux résultats sur ce plan.Les équations générales gouvernant l'écoulement dans de tels matériaux sont rappelées, et plus particulièrement, la conservation de la masse à l'intersection entre fissures est établie explicitement [132, 139]. Des solutions générales du potentiel sont proposées sous la forme d'une équation intégrale singulière décrivant l'écoulement dans et autour des fissures entourées par une matrice infinie soumise à un champ lointain [136, 139]. Ces solutions représentent le champ de pression dans le milieu infini en fonction de l'infiltration dans les fissures qui prennent en compte complètement l'interaction et l'intersection entre fissures. En considérant le problème d'une fissure super-conductrice, des solutions analytiques de l'écoulement ont été développées et ces solutions sont utilisées comme cas de référence pour valider la solution numérique. De plus, la solution théorique de ce problème dans le cas 3D permet de comparer le modèle d'écoulement de Poiseuille dans une fissure elliptique d'épaisseur nulle et le modèle d'inclusion ellipsoïdale aplatie soumise à l'écoulement de Darcy [140]. Des outils numériques ont été développés en se basant sur la méthode des équations intégrales singulières afin de résoudre les équations générales du potentiel [132, 180]. Cela permet, d'une part, de modéliser l'écoulement stationnaire dans un domaine poreux contenant un grand nombre de fissures et, d'autre part, de proposer une solution semi-analytique de l'infiltration dans une fissure isolée dépendant de la perméabilité de la matrice, de la conductivité de la fissure et de la variable géométrique de la fissure. Cette dernière est l'élément essentiel pour déterminer de la perméabilité effective d'un milieu poreux fissuré en utilisant des schémas d'homogénéisation. Ce modèle auto-cohérent révèle un seuil de percolation qui est alors applicable pour l'estimation de la perméabilité effective d'un matériau contenant un grand nombre de fissures. L'approche par sous-structuration permet l'extension de la solution générale du potentiel, écrite pour un domaine infini, à celle d'un domaine fini [181]. Une solution analytique de l'écoulement dans et autour d'une fissure partiellement saturée est établie, fondée sur la solution analytique pour la fissure super-conductrice. Celle-ci est alors utilisée pour estimer la perméabilité effective d'un milieu poreux fissuré non-saturé [141]. Le modèle de la perméabilité effective est appliqué dans le contexte du stockage géologique du CO2 en vue d'étudier le comportement d'une zone de faille constituée par un noyau argileux et des zones fissurées. La pression d'injection provoque l'augmentation de la pression interstitielle dans le réservoir. Cette surpression engendrée dans le réservoir peut affecter la perméabilité de zones fissurées ce qui conduit à des phénomènes hydromécaniques couplés. Les résultats de simulations numériques permettent d'évaluer, d'une part, le risque de la remontée de la saumure à l'aquifère supérieur, et d'autre part, le risque de l'initiation d'une rupture sur le plan de la failleThis thesis aims to develop a method for numerical modelling of fluid flow through fractured porous media and for determination of their effective permeability by taking advantage of recent results based on formulation of the problem by Singular Integral Equations. In parallel, it was also an occasion to continue on the theoretical development and to obtain new results in this area. The governing equations for flow in such materials are reviewed first and mass conservation at the fracture intersections is expressed explicitly. Using the theory of potential, the general potential solutions are proposed in the form of a singular integral equation that describes the steady-state flow in and around several fractures embedded in an infinite porous matrix under a far-field pressure condition [136, 139]. These solutions represent the pressure field in the whole body as functions of the infiltration in the fractures, which fully take into account the fracture interaction and intersections. Closed-form solutions for the fundamental problem of fluid flow around a single fracture are derived, which are considered as the benchmark problems to validate the numerical solutions. In particular, the solution obtained for the case of an elliptical disc-shaped crack obeying to the Poiseuille's law has been compared to that obtained for ellipsoidal inclusions with Darcy's law [140].The numerical programs have been developed based on the singular integral equations method to resolve the general potential equations [132, 180]. These allow modeling the fluid flow through a porous medium containing a great number of fractures. Besides, this formulation of the problem also allows obtaining a semi-analytical infiltration solution over a single fracture depending on the matrice permeability, the fracture conductivity and the fracture geometry. This result is the important key to upscalling the effective permeability of a fractured porous medium by using different homogeneisation schemes. The results obtained by the self-consistent scheme have been in particular established. The multi-region approach can be used to extend the general potential solution written for the infinite domain to that for a finite domain [181]. A closed-form solution for flow in and around a single partially saturated fracture, surrounded by an infinite matrix subjected to a far-field condition, is also derived combining the solutions for a superconductive fracture and for an imprevious fracture. This solution is then employed to estimate the effective permeability of unsaturated fractured porous media [141].The effective permeability model is applied to study the hydromechanical behaviour of a fault zone constituted by a clay core surrounded by fractured zones in the context of CO2 geological storage. The pressure injection induces an overpressure in the reservoir that may affect the permeability of the fractured zones leading to complexe coupled hydromechanical phenomena. The simulation results allow evaluating the risk of leakage of the reservoir brine to higher aquifers as well as the risk of fault reactivation
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Loggia, Didier. "Etude par acoustique des écoulements de fluides miscibles en milieux poreux : instabilites-heterogeneites." Paris 7, 1996. http://www.theses.fr/1996PA077325.
Full textAbstract:
Nous etudions experimentalement des deplacements de fluides miscibles au sein de milieux poreux tridimensionnels. Une technique acoustique nous permet de mesurer des profils de la concentration moyenne en fluide le long de l'echantillon. Instabilites : il est bien connu qu'en utilisant des liquides de differentes viscosites et/ou de densites, les zones de melanges dans de tels deplacements peuvent etre affectees par des digitations visqueuses ou gravitationnelles (instabilites de saffman-taylor et de rayleigh-taylor). Dans des milieux poreux homogenes, nous mesurons les vitesses critiques seuils de l'instabilite de deplacements verticaux, lorsque ces deux effets agissent simultanement mais avec une contribution opposee sur la stabilite de l'interface. Les resultats obtenus sur trois decades de rapports de viscosites, concordent bien avec une theorie aux petites longueurs d'onde, tenant compte de l'extension spatiale de l'interface due a la dispersion. Heterogeneites : la dispersion hydrodynamique d'un traceur passif a ete amplement etudiee dans les milieux poreux heterogenes. Nous considerons ici des ecoulements de fluides actifs, afin de comprendre le couplage entre un rapport de viscosites (et/ou un contraste de densites) avec des heterogeneites. A cette fin, nous travaillons dans des milieux constitues de plusieurs strates (2, 4, ou 6) de differentes permeabilites, disposees parallelement au sens de l'ecoulement. Pour un traceur, la progression de fronts distincts dans chacune des couches reflete les contrastes de permeabilites. L'effet stabilisant ou destabilisant de la viscosite (et/ou de la densite) masque ou amplifie ces contrastes.
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Guichard, Cindy. "Schémas volumes finis sur maillages généraux en milieux hétérogènes anisotropes pour les écoulements polyphasiques en milieux poreux." Phd thesis, Université Paris-Est, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00674503.
Full textAbstract:
Cette thèse est consacrée à l'étude de méthodes numériques pour la simulation des écoulements polyphasiques en milieu poreux, en vue de leur application à des problèmes d'ingénierie pétrolière ou environnementale. Nous présentons une formulation générique du modèle d'écoulements à nombre quelconque de composants présents dans un nombre quelconque de phases. Dans notre approche l'approximation des flux diffusifs (issus, par exemple, de la loi de Darcy) s'appuie sur de nouveaux schémas, appelés schémas gradient, qui ont plusieurs avantages sur les schémas industriels standard : ces derniers, qui sont des schémas volumes finis multi-points centrés aux mailles, ne sont généralement pas symétriques et convergent difficilement sur des cas à forts rapports d'anisotropie. Nous montrons en revanche que les schémas gradient conduisent naturellement à des approximations symétriques et convergentes. Parmi cette classe de schémas, nous étudions plus particulièrement le schéma "VAG" qui fait intervenir des inconnues au centre des mailles et aux sommets du maillage. Ce schéma conduit à la définition de flux entre le centre d'une maille et ses sommets, qui sont utilisés pour généraliser la méthode "VAG" au contexte polyphasique. Des tests numériques montrent alors que ce schéma est robuste, et conduit à un très bon compromis précision/coût, ce qui en fait un candidat idoine pour les applications industrielles. Nous présentons notamment un cas test, basé sur des observations de terrains, d'injection et de dissolution de CO2 dans la région proche d'un puits foré dans un aquifère salin. Nous montrons alors que le schéma numérique permet de simuler l'assèchement et la précipitation de minéral observée en pratique. Un chapitre de la thèse est enfin consacré à l'étude pratique et théorique d'une méthode numérique générique pour contrôler l'effet d'axe lors de l'utilisation de schémas industriels
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Lominé, Franck. "Écoulements de particules dans un milieu poreux." Rennes 1, 2007. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00198209.
Full textAbstract:
Cette thèse a pour objet l'étude expérimentale et numérique de l'écoulement de particules dans un empilement de sphères plus grosses. Un dispositif expérimental a été mis au point pour étudier la dispersion latérale et le temps moyen de séjour d'un paquet de particules dans un milieu poreux. Nous avons en particulier déterminé la dépendance du temps moyen de transit en fonction du nombre de particules en écoulement, de la taille des particules et de la hauteur du milieu poreux. Nous avons également caractérisé la dépendance du coefficient de dispersion latéral avec le nombre de particules transitant dans la structure poreuse. Dans un deuxième temps, nous avons développé des modèles de simulations numériques basés sur les méthodes « Event-Driven » et « dynamique moléculaire de sphères molles ». Ceux-ci nous ont permis de compléter l'étude expérimentale en analysant l'influence de divers paramètres supplémentaires. L'accès à l'intérieur du milieu poreux a permis une analyse plus fine de la dispersion des particules. Enfin, nous avons abordé la possibilité d'utiliser le phénomène de percolation spontanée pour réaliser un mélangeur. Grâce à l'outil numérique, nous avons réalisé et caractérisé des mélanges de particules de tailles différentes. Nous avons alors montré que ce procédé s'avère être un moyen simple et efficace pour obtenir des mélanges homogènes de particulesThis work deals with experimental and numerical investigations on particles flow through a packing of larger spheres. We built an experimental device to study lateral dispersion and the mean transit time of a blob of particles through a porous medium. Particularly, we determined the dependence of the mean transit time on the number of particles, on particle size and on the height of the porous medium. We also characterized the dependence of the lateral dispersion coefficient on the number of particles moving in the porous structure. Then, we developed numerical simulation models based on « Event-Driven » and « molecular dynamic of soft spheres » methods. Those allowed us to supplement the experimental study by analyzing the influence of various additional parameters. The access inside the porous medium allowed a finer analysis of particles dispersion. Finally, we approached the possibility of using the spontaneous percolation phenomenon to produce a mixer. Thanks to the numerical tool, we carried out and characterized mixtures of particles of different sizes. We showed that this process proves to be a simple and effective method to obtain homogeneous mixtures of particles
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Chandesris, Marion. "Modélisation des écoulements turbulents dans les milieux poreux et à l'interface avec un milieu libre." Paris 6, 2006. http://www.theses.fr/2006PA066456.
Full textAbstract:
Ce travail porte sur la simulation d'écoulements turbulents dans l'ensemble d'un coeur de réacteur nucléaire en utilisant des approches multi-échelles. Nous proposons tout d'abord un modèle de turbulence macroscopique, basé sur une approche de type milieu poreux, pour décrire l'écoulement dans la région combustible du coeur de réacteur. Puis, nous étudions les conditions de saut à imposer aux interfaces entre les régions libres et les régions poreuses. Une étude analytique poussée, menée sur le cas des écoulements laminaires, permet de répondre à des questions fondamentales concernant la signification physique des conditions de saut, la valeur des paramètres de saut, ainsi que la position de l'interface. En utilisant les connaissances acquises au cours de cette analyse, nous proposons des conditions de saut à l'interface libre/poreux pour le cas des écoulements turbulents. Le modèle obtenu est alors appliqué à la simulation d'un écoulement turbulent dans un modèle simplifié de coeur de réacteur.
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Vu, Minh Ngoc, and Minh Ngoc Vu. "Modélisation des écoulements dans des milieux poreux fracturés par la méthode des équations aux intégrales singulières." Phd thesis, Université Paris-Est, 2012. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00777926.
Full textAbstract:
Cette thèse est consacrée au développement d'une méthode numérique visant à modéliser des écoulements dans des milieux poreux fissurés, ainsi qu'à déterminer leur perméabilité effective à partir des avancements théoriques récents. En parallèle, elle a été aussi l'occasion de continuer sur la voie théorique et d'obtenir de nouveaux résultats sur ce plan.Les équations générales gouvernant l'écoulement dans de tels matériaux sont rappelées, et plus particulièrement, la conservation de la masse à l'intersection entre fissures est établie explicitement [132, 139]. Des solutions générales du potentiel sont proposées sous la forme d'une équation intégrale singulière décrivant l'écoulement dans et autour des fissures entourées par une matrice infinie soumise à un champ lointain [136, 139]. Ces solutions représentent le champ de pression dans le milieu infini en fonction de l'infiltration dans les fissures qui prennent en compte complètement l'interaction et l'intersection entre fissures. En considérant le problème d'une fissure super-conductrice, des solutions analytiques de l'écoulement ont été développées et ces solutions sont utilisées comme cas de référence pour valider la solution numérique. De plus, la solution théorique de ce problème dans le cas 3D permet de comparer le modèle d'écoulement de Poiseuille dans une fissure elliptique d'épaisseur nulle et le modèle d'inclusion ellipsoïdale aplatie soumise à l'écoulement de Darcy [140]. Des outils numériques ont été développés en se basant sur la méthode des équations intégrales singulières afin de résoudre les équations générales du potentiel [132, 180]. Cela permet, d'une part, de modéliser l'écoulement stationnaire dans un domaine poreux contenant un grand nombre de fissures et, d'autre part, de proposer une solution semi-analytique de l'infiltration dans une fissure isolée dépendant de la perméabilité de la matrice, de la conductivité de la fissure et de la variable géométrique de la fissure. Cette dernière est l'élément essentiel pour déterminer de la perméabilité effective d'un milieu poreux fissuré en utilisant des schémas d'homogénéisation. Ce modèle auto-cohérent révèle un seuil de percolation qui est alors applicable pour l'estimation de la perméabilité effective d'un matériau contenant un grand nombre de fissures. L'approche par sous-structuration permet l'extension de la solution générale du potentiel, écrite pour un domaine infini, à celle d'un domaine fini [181]. Une solution analytique de l'écoulement dans et autour d'une fissure partiellement saturée est établie, fondée sur la solution analytique pour la fissure super-conductrice. Celle-ci est alors utilisée pour estimer la perméabilité effective d'un milieu poreux fissuré non-saturé [141]. Le modèle de la perméabilité effective est appliqué dans le contexte du stockage géologique du CO2 en vue d'étudier le comportement d'une zone de faille constituée par un noyau argileux et des zones fissurées. La pression d'injection provoque l'augmentation de la pression interstitielle dans le réservoir. Cette surpression engendrée dans le réservoir peut affecter la perméabilité de zones fissurées ce qui conduit à des phénomènes hydromécaniques couplés. Les résultats de simulations numériques permettent d'évaluer, d'une part, le risque de la remontée de la saumure à l'aquifère supérieur, et d'autre part, le risque de l'initiation d'une rupture sur le plan de la faille
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Blanchard, Vincent. "Étude de l'influence d'un couche de polymère adsorbé sur des écoulements diphasiques (gaz/eau) dans des milieux poreux modèles." Bordeaux 1, 2005. http://www.theses.fr/2005BOR13119.
Full textAbstract:
Le mécanisme de Réduction Sélective de Perméabilité (RSP), résultant de l'adsorption de polymer ou d'un gel en milieu poreux, a été largement étudié dans le domaine du régime de Darcy. Néanmoins, peu d'études ont été dédiées à l'impact de l'adsorption de polymère en milieu poreux quand des écoulements diphasiques ont lieu en régime non-linéaire, lesquels sont d'intérêt dans une large gamme d'applications pratiques. L'objectif de cette thèse est de présenter des résultats expérimentaux obtenus avec des milieux poreux modèles, concernant l'effet de l'adsorption d'une couche de polymère sur des écoulements gaz/eau à faible pression moyenne, i. E. Quand l'effet Klinkenberg doit être pris en considération, aussi bien qu'à débits élevés quad les effets inertiels sont significatifs.
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Oukhlef, Aimad. "Détermination de la distribution de tailles de pores d’un milieu poreux." Paris, ENSAM, 2011. http://www.theses.fr/2011ENAM0047.
Full textAbstract:
Ce travail présente deux nouvelles approches pour aider à la caractérisation de la topologie des milieux poreux en termes de distribution de tailles de pores. La première des méthodes proposées repose sur les propriétés rhéologiques des fluides à seuil (type Bingham, Casson. . . . ) s'écoulant à travers l'échantillon poreux. Par une simple mesure du débit total de fluide en fonction du gradient de pression imposé, il est possible de déterminer la distribution de tailles de pores moyennant une hypothèse sur leur forme. Dans notre approche, un modèle inspiré par Carman-Kozeny a été employé. Cette technique a été validée analytiquement et numériquement sur différents types de distributions classiques (gaussiennes uni-modales ou multi-modales). Elle a été étendue avec succès aux fluides viscoplastiques réels de type Herschel-Bulkley. La seconde méthode proposée repose sur l'analyse dynamique de l'écoulement oscillant d'un fluide newtonien ou non-newtonien à travers le milieu poreux. Elle consiste en l'utilisation de la fonction de transfert hydrodynamique du milieu poreux et plus particulièrement en la caractérisation de son admittance complexe car l'épaisseur de pénétration et donc la taille d'un pore est fonction de la fréquence d'oscillation du gradient de pression imposé. Le modèle de faisceau de capillaires parallèles (de type Carman-Kozeny) a aussi été utilisé. Cette technique a été testée et validée avec succès avec plusieurs types de distributions, dans le cas où le fluide utilisé est newtonien et pour des fluides en loi de puissance. Pour rendre la résolution de ce dernier problème possible nous avons introduit la notion «d'inconsistance complexe». Par rapport aux techniques existantes, ces deux nouvelles approches se distinguent par leur simplicité, leur non-toxicité et leur faible coûtIn this work, we present two new methods to characterize the topological properties of porous media and more precisely their pore size distribution. The first method is based on the rheological properties of yield-stress fluids (such as Bingham or Casson fluids) flowing through the porous sample. The pore size distribution can be obtained from the measurement of the total flow rate of fluid as a function of the imposed pressure gradient provided an assumption is made on the general shape of the pores. In this work, we consider the simple and well-know Carman-Kozeny model. This technique is successfully tested both analytically and numerically for classical pore size distributions such as unimodal and multimodal Gaussian distributions and is extended to more realistic viscoplastic fluids (Herschel-Bulkley model). The second method is based on the dynamical analysis of the oscillatory flow of a Newtonian or non-Newtonian fluid through the porous medium. It consists in using the hydrodynamic transfer function of the porous sample and more particularly in the characterization of its complex admittance because the penetration depth and thus the pore size is related to the pulsation frequency of the imposed pressure gradient. The same capillary bundle model (Carman-Kozeny) is used here. This technique is tested and validated on several distributions for Newtonian and power-law fluids. In order to solve this problem, we introduce the notion of " complex inconsistency ". Compared to the existing methods, the simplicity, non-toxicity and cheapness of these two new techniques make them potentially interesting
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Benard, Johann. "Ecoulements diphasiques en milieux poreux : modélisation et simulation de cas d'imbibition, de drainage et d'ébullition." Université de Marne-la-Vallée, 2004. http://www.theses.fr/2004MARN0226.
Full textAbstract:
Le contexte général de cette étude concerne la modélisation et la simulation numérique d'écoulements diphasiques en milieux poreux pour des applications à des problèmes d'ingénierie civile ou environnementale. Nous nous focalisons sur les phénomènes de transport mis en jeu dans les cas d'imbibition, de drainage et d'ébullition. Pour cela, nous étudions d'une part, des écoulements diphasiques eau-air isothermes et des écoulements d'eau et de vapeur d'eau avec changement de phase. Tout d'abord, nous présentons une modélisation macroscopique continue des transferts de masse et d'énergie dans les milieux poreux en tenant compte, lorsqu'ils existent, des changements de phase. Ce sont les principes de la thermodynamique des systèmes ouverts proches de l'équilibre qui ont servi de base à cette modélisation. Cette dernière débouche sur un système d'équations aux dérivées partielles non linéaires auxquelles s'ajoutent, des équations et des inéquations locales qui gèrent les transitions de phase. La discrétisation des équations est effectuée par la méthode des volumes finis et la résolution du système d'équations algébriques non linéaires obtenu est faite par la méthode de Newton. Afin de valider la modélisation proposée, différents problèmes physiques sont étudiés. Nous nous intéressons en premier lieu à des écoulements diphasiques eau-air isothermes. Dans une première étape, nous étudions la resaturation d'une barrière ouvragée par une barrière géologique, cela correspond à la première phase de la vie d'un ouvrage de stockage de déchets nucléaires. Dans une seconde étape, nous étudions le drainage d'une colonne poreuse initialement saturé d'eau. Nous montrons comment il est possible à partir d'un modèle simplifié, d'identifier la pression capillaire et la perméabilité relative de l'air. Des comparaisons entre les simulations numériques et des mesures d'expériences de laboratoire, obtenu par IRM, sont également proposées. Nous nous intéressons ensuite à l'apparition d'une phase vapeur dans un milieu poreux initialement saturé d'eau. Deux exemples d'applications sont traités : l'ébullition dans une colonne poreuse verticale chauffée par le bas et l'ébullition dans un milieu poreux de grande échelle. Pour ces deux cas, des résultats expérimentaux sont disponibles. Nous montrons que les courbes de perméabilité relative et de pression capillaire évaluées pour le couple eau-air doivent être largement corrigées dans la modélisation des écoulements diphasiques eau-vapeur d'eau. De plus, une solution analytique originale a été obtenue dans un cas simplifié du problème de Stefan et la comparaison entre les résultats numériques et la solution analytique a montré un bon accord. Les différentes confrontations entre les résultats numériques et les résultats expérimentaux montrent que la modélisation proposée est capable de représenter les phénomènes physiques de façon satisfaisante, tant du point de vue de l'imbibition et du drainage isothermes que de l'ébullition. Les schémas numériques se sont révélés être d'une grande robustesse ; ils se sont montrés parfaitement adaptés au suivi de la propagation de la frontière mobile entre les zones diphasique et monophasiqueThe general framework of this study concerns the modeling and the numerical simulation of two-phase flows in porous media for civil or environmental engineering applications. We study on the one hand water-air isothermal two-phase flows, and on the other hand water and vapour water flows with phase shift. We focus on transport phenomena involved by imbibition, drainage and boiling cases. We first present a continuous macroscopic model that describes mass and energy transfers in porous media, which leads to a system of partial derivative equations. We account for the phase shifts, when they exist, with respect to the principles of classical irreversible thermodynamics, which gives local equations and inequations. The discretization of the resulting system of equations is carried out by the finite volume method, thus leading to a system of nonlinear algebraic equations. An approximate solution is obtained by the Newton method. The model is used for the simulation of various physical situations. We first study the case of the resaturation of the artificial porous medium around nuclear waste. We then apply the model to the case of the drainage of a porous column initially saturated with water. We show how a simplified model can be used for the identification of the capillary pressure and the permeability of the nonwetting phase. A comparison with experimental results obtained by magnetic resonance imaging is proposed. We then study two cases of the apparition of water vapor in an initially saturated porous medium for which experimental measurements are available. The first one concerns a vertical porous column heated at its bottom boundary. The second one is the case of a large scale experiment reproducing the heating phenomena occurring in the storage of nuclear waste. In both cases, the simulation results have correctly reproduced the displacement of the boundary between the two-phase and one-phase zones. A comparison of numerical results and original analytical ones, in the case of a simplified Stefan problem, has shown an excellent agreement