Dissertations / Theses: 'Modèle de milieu poreux'

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Dalla, Costa Celine. "Transferts de traceur en milieu poreux consolidé et milieu poreux fissuré : Expérimentations et Modélisations." Grenoble 1, 2007. http://www.theses.fr/2007GRE10088.

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Abstract:

Ce travail a pour objectif d’identifier et de modéliser les mécanismes physico-chimiques régissant les écoulements d’eau et les transferts de solutés dans un milieu poreux consolidé fissuré. Un dispositif expérimental original a été mis en place, où un milieu fissuré modèle est reproduit en empilant des cubes poreux consolidés de 5 cm de côté : le « cube ». En parallèle, des études sont menées sur des colonnes du milieu poreux consolidé homogène. La même technique de traçage anionique est utilisée dans les deux cas. Selon une approche de dynamique des systèmes, on sollicite le dispositif avec des créneaux de concentration en traceur, pour obtenir des courbes de percée. Après avoir identifié bilan de masse et temps de séjour, nous avons calé les modèles CD et MIM sur les données expérimentales. Le modèle MIM permet de reproduire les courbes expérimentales sur le milieu poreux consolidé homogène de façon plus satisfaisante que le modèle CD. On obtient une fraction d’eau mobile en cohérence avec la géométrie du milieu poreux. L’étude de l’influence de la vitesse de l’écoulement met en évidence un régime de dispersion d’interférence. L’influence de la longueur d’observation n’a pas pu être mise en évidence dans ce cas. Nous avons par contre mis en évidence un effet de l’échelle d’observation sur le milieu poreux et fissuré en comparant les résultats obtenus sur un petit « cube » et un grand « cube ». Le modèle CD n’est pas satisfaisant dans ce cas. Si le modèle MIM permet de reproduire les courbes de percée expérimentales, il n’a pas été possible de caler des paramètres uniques pour toutes les expériences
We try to identify and model physical and chemical mechanisms governing the water flow and the solute transport in fractured consolidated porous medium. An original experimental device was built. The “cube” consists of an idealized fractured medium reproduced by piling up consolidated porous cubes of 5 cm edge. Meanwhile, columns of the homogeneous consolidated porous medium are studied. The same anionic tracing technique is used in both cases. Using a system analysis approach, we inject concentration pulses in the device to obtain breakthrough curves. After identifying the mass balance and the residence time, we fit the CD and the MIM models to the experimental data. The MIM model is able to reproduce experimental curves of the homogeneous consolidated porous medium better than the CD model. The mobile water fraction is in accordance with the porous medium geometry. The study of the flow rate influence highlights an interference dispersion regime. It was not possible to highlight the observation length influence in this case. On the contrary, we highlight the effect of the observation scale on the fractured and porous medium, comparing the results obtained on a small “cube” and a big “cube”. The CD model is not satisfactory in this case. Even if the MIM model can fit the experimental breakthrough curves, it was not possible to obtain unique parameters for the set of experiments

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Sapin, Paul. "Etude expérimentale de l'ébullition en masse dans un milieu poreux modèle." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2014. http://oatao.univ-toulouse.fr/12148/1/sapin_partie_1_sur_2.pdf.

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Abstract:

Ce travail propose une étude expérimentale de l'ébullition en masse dans une structure poreuse modèle. L'objectif est d'approfondir la compréhension des transferts de chaleur dans un écoulement diphasique avec changement de phase liquide-vapeur en milieu poreux, en liaison avec la problématique de la gestion des accidents graves dans les réacteurs nucléaires. A la suite d'un dysfonctionnement sur le circuit de refroidissement d'un réacteur nucléaire, l'augmentation de la température au sein du cœur provoque l'effondrement des tubes contenant le combustible. Il en résulte la formation d'un lit de débris chaud, assimilable à un milieu poreux dégageant une puissance thermique importante, qui peut être refroidi efficacement par renoyage avec de l'eau. Cela engendre des mécanismes d'ébullition intenses qu'il convient de modéliser proprement pour estimer les chances de succès du renoyage. Notre étude vise à caractériser les échanges de chaleur à l'échelle du pore en fonction des caractéristiques de l'écoulement local. Une partie importante du travail a été consacrée à la mise au point du dispositif expérimental. Le cœur du dispositif est un milieu poreux bidimensionnel formé de cylindres disposés aléatoirement entre deux plaques de céramique. Chaque cylindre est une sonde à résistance de platine, utilisée non seulement pour fournir la puissance thermique désirée mais aussi pour mesurer la température de l'élément : chaque élément chauffant est contrôlé individuellement ou en groupe à l'aide d'un système d'asservissement temps réel. La plaque supérieure étant transparente, la distribution des phases au sein du poreux est obtenue par visualisation haute vitesse. L'acquisition d'images et les mesures thermiques permettent de caractériser l'échange de chaleur effectif local en fonction du régime d'ébullition. Deux configurations principales ont été étudiées. Dans la première, le milieu est initialement saturé en liquide et chauffé jusqu'à l'apparition de la vapeur et l'obtention de différents régimes d'ébullition. Ceci a notamment permis d'établir des courbes de Nukiyama en milieu confiné. Dans la seconde, dite de renoyage, le liquide est injecté dans le milieu sec et surchauffé initialement. Ceci a permis de caractériser la dynamique du renoyage et de visualiser les régimes d'écoulement rencontrés. Les résultats sont discutés en relation avec le modèle macroscopique à non-équilibre thermique local actuellement le plus avancé pour l'étude de ces différentes situations d'ébullition.

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Collet, Jean-François. "Quelques propriétés mathématiques d'un modèle d'écoulement en milieu poreux." Lyon 1, 1993. http://www.theses.fr/1993LYO10237.

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Abstract:

Ce travail rassemble quelques resultats relatifs a un systeme d'equations aux derivees partielles modelisant un certain type d'ecoulements en milieux poreux. Les ecoulements etudies ici presentent une difficulte specifique, inherente au fait que la porosite est autorisee a varier au cours du temps suite a une reaction de dissolution de la matrice solide. On presente des resultats d'existence de solutions pour le systeme d'edp constitue d'une equation de reaction-diffusion couplee a une equation elliptique et une equation differentielle ordinaire, dans le cas bidimensionnel. Le systeme modelisant les solutions sous forme d'ondes progressives est aussi etudie. Enfin, un modele plus sophistique prenant en compte un bilan d'eutropie est presente

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Genty, Alain. "Validation expérimentale d'un modèle numérique de déplacement diphasique en milieu poreux." Paris, ENMP, 1996. http://www.theses.fr/1996ENMP0696.

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Abstract:

L'enfouissement en couches geologiques apparait comme une solution interessante pour l'elimination des dechets radioactifs. De nombreux projets nationaux, europeens et internationaux etudient la surete de tels stockages et les modes de migration potentiels des radionucleides vers la biosphere. Ce travail de these s'inscrit dans ce cadre de recherche. Il s'interesse plus particulierement a l'analyse et a la modelisation du comportement du gaz forme par corrosion des futs contenant les dechets. Ce dernier, en s'echappant du stockage, draine l'eau contenue dans la roche d'accueil, donnant lieu ainsi a un ecoulement diphasique gaz-eau. Une etude bibliographique des deplacements diphasiques de drainage nous montre que l'interface entre les fluides peut presenter des instabilites suivant certaines caracteristiques de l'ecoulement. Ainsi, outre un aspect lisse dans le cas ou le deplacement est stable, l'interface peut prendre la forme de digitations (le deplacement est dit alors instable visqueux) ou une forme dentelee (deplacement capillaire). A l'aide de l'analyse dimensionnelle des equations classiques regissant les ecoulements diphasiques en milieu poreux et du classement des forces preponderantes lors du deplacement, nous avons defini une carte originale de regimes d'ecoulements integrant les forces de gravite. Cette carte est basee sur le calcul de trois nombres adimensionnels et permet de connaitre a priori le type d'ecoulement devant se produire. L'application de cette carte a des donnees typiques de stockage de dechets radioactifs prevoit un deplacement instable visqueux. Nous disposons pour simuler l'ecoulement diphasique eau-gaz d'un modele numerique precedemment developpe. Ce modele repose sur le schema de muskat et, grace a la technique des elements finis mixtes-hybrides, est bien adapte a la modelisation des interfaces en mouvement et conserve bien les flux. Cependant, de par sa conception, il ne peut rendre compte des instabilites. Nous avons fait l'hypothese qu'il est toujours possible de trouver une echelle pour laquelle les instabilites peuvent etre moyennees, et tente de valider le modele sur des deplacements diphasiques experimentaux. Nous avons realise en laboratoire des ecoulements gaz-eau nous permettant d'obtenir tous les types de deplacements possibles. Les deplacements observes sont en bon accord avec la carte de regimes d'ecoulements. Nous avons obtenu des simulations numeriques de ces experimentations correctes a condition de posseder assez precisement certaines proprietes du deplacement et en particulier les courbes de permeabilites relatives. Nous concluons que le modele dont nous disposons permet une premiere approche de la migration de gaz au voisinage d'un stockage de dechets radioactifs et nous presentons un exemple de simulation de site de stockage fictif

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Clain, Xavier. "Une étude expérimentale de l'injection de fluides d'Herschel-Bulkley en milieu poreux." Phd thesis, Université Paris-Est, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00582324.

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Abstract:

L'écoulement à travers un milieu poreux d'un fluide non newtonien, est un problème récurrent rencontré dans de nombreux domaines de l'industrie et dont la difficulté réside à la fois dans la géométrie complexe du milieu poreux et dans le caractère non-linéaire des matériaux utilisés. Dans cette thèse, nous adoptons une approche différente de celle menée dans les travaux antérieurs, en nous basant principalement sur l'expérimentation. En procédant à des essais systématiques d'injection dans un milieu poreux dont nous pouvons contrôler les données géométriques, nous montrons qu'un gradient de pression seuil, étant proportionnel au seuil du fluide et inversement proportionnel à la taille typique des pores, doit systématiquement être dépassé pour mettre le fluide en écoulement.En outre, nous étudions la possibilité de regrouper, via un redimensionnement, l'ensemble des résultats sur une courbe maîtresse et établir ainsi une base pour l'établissement d'une loi générale d'écoulement

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Pomès, Véronique. "Étude du transport électrocinétique d'une espèce non réactive dans un milieu poreux modèle." Toulouse, INPT, 2000. http://www.theses.fr/2000INPT105G.

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Abstract:

L'électroremédiation est un procédé électrocinétique de dépollution des sols qui consiste à imposer un champ électrique entre deux électrodes implantées dans le terrain, afin de provoquer la migration des espèces ioniques en solution. En effet, l'application d'un champ électrique aux bornes d'un milieu poreux, induit des phénomènes de transport (électrosmose, électromigration et électrophorèse) qui se superposent aux autres mécanismes de transport classiques (diffusion et convexion). Plusieurs études ont montré la faisabilité et l'efficacité de cette technique qui peut s'appliquer indifféremment in situ ou sur des terres excavées. Cependant elle reste encore méconnue et très peu utilisée de par sa complexité phénoménologique, conséquence des nombreux couplages entre les phénomènes de transport et les réactions physico-chimiques. Le travail de ce mémoire propose d'utiliser des outils propres au Génie des procédés pour l'étude du transport d'une espèce chimique dans un milieu poreux, sous l'action d'un champ électrique, comme la caractérisation des écoulements par la fonction de distribution de temps de séjour, l'utilisation de traceurs ou l'emploi de critères adimensionnels. Nous avons cherché à établir la présence de phénomènes prépondérants au transport du sodium dans la kaolinite par la définition de temps caractéristiques de transport. Pour cela, un dispositif expérimental de laboratoire, permettant de maîtriser au mieux les conditions relatives à la structure du milieu poreux (porosité, perméabilité,. . ) a été mis au point et caractérisé. L'étude expérimentale menée a permis de vérifier l'expression des temps caractéristiques de transport définis à partir de l'analyse dimensionnelle des équations de transport et de mettre en évidence la prépondérance de l'électromigration et l'électroosmose sur les autres mécanismes. De plus, un modèle utilisant une série de mélangeurs parfaits pour décrire le transport du sodium dans la kaolinite est proposé.

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Wilbois, Boris. "Modèle macroscopique d'écoulements de fluides multiconstituants en milieu poreux applicable aux gisements pétroliers." Bordeaux 1, 2003. http://www.theses.fr/2003BOR12773.

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Abstract:

L'optimisation de l'exploitation d'un gisement pétrolier passe par la connaissance de la distribution des fluides en présence. Il est donc important de comprendre les phénomènes influant sur les hydrocarbures dans un réservoir afin de pouvoir modéliser l'état initial du gisement. Les contraintes agissant sur le système sont la gravité et le gradient géothermique. La grande extension verticale des réservoirs met en lumière un phénomène physique habituellement absent de la modélisation d'écoulements, la ségrégation gravitationnelle. Celle-ci peut être amplifiée ou atténuée par la thermodiffusion qui apparaît lorsqu'un gradient de température est imposé à un mélange. Enfin, certaines inhomogénéités peuvent amener localement le système à entrer en convection. Le modèle présenté dans ce document permet d'intégrer l'ensemble de ces phénomènes mais il constitue aussi une nouvelle approche de la modélisation des mélanges. En effet, le système d'équations basé sur la thermodynamique des processus irreversibles ne comprend pas une équation de mouvement du mélange et (n-1)-équations d'advection-diffusion mais n-équations de mouvement.

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Rubiolo, Pablo. "Modélisation du transfert thermique dans un milieu poreux : application aux réacteurs nucléaires en situation accidentelle." Aix-Marseille 1, 2000. http://www.theses.fr/2000AIX11055.

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Abstract:

Une méthode pour calculer les coefficients des équations macroscopiques de bilan d'énergie d'un milieu poreux a été proposée dans ce travail. Le modèle tient compte des échanges d'énergie par rayonnement, conduction et convection. Cette méthode est développée afin de modéliser le comportement thermique d'un cœur d'un réacteur à eau pressurisée (REP) lors d'un accident grave. Notre approche considère le cœur d'un REP comme un milieu poreux absorbant, émetteur et de grande épaisseur optique, composé par une phase solide et par une phase fluide. La phase solide est constituée par des particules opaques à surfaces diffuses et grises, ayant une taille beaucoup plus grande que la longueur d'onde du rayonnement. La phase fluide, qui remplit les pores, est un milieu semi-transparent composé par un gaz transparent (l'hydrogène dans notre application) et un gaz semi-transparent (la vapeur d'eau) dont les propriétés optiques sont approchées à partir d'un modèle de bandes noires. Notre modèle a plusieurs avantages par rapport aux approches classiques en ce qui concerne la modélisation des échanges radiatifs. Tout d'abord il s'agit d'un modèle tridimensionnel simple à implémenter et ensuite il prend en compte : les effets des variations de température à la surface des particules, l'interaction entre le transfert par rayonnement et par conduction, la présence de la vapeur d'eau et le saut de température existant aux frontières du système. Le modèle a été évalué pour des arrangements de sphères ou de cylindres. Les résultats obtenus à partir de notre modèle ont été comparés d'une part, à des résultats de simulation numériques (méthodes des éléments finis) et d'autre part, à des expériences. Cette comparaison a montré que notre modèle semble bien prédire les résultats expérimentaux ainsi que les simulations par éléments finis et ce, pour une gamme de porosités, d'émissivités et de conductivités plus grande que dans les autres approches.

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Grall, Véronique. "Étude expérimentale d'écoulements diphasiques liquide-gaz en mini-canaux et en milieu poreux modèle." Toulouse, INPT, 2001. http://www.theses.fr/2001INPT033H.

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Abstract:

Nous nous intéressons dans le cadre de ce travail à des écoulements diphasiques gaz-liquide co-courants ascendants en milieu poreux grossier (taille des pores supérieure au millimètre). Les situations considérées se distinguent des situations classiques par des effets capillaires qui ne sont plus dominants à l'échelle du volume élémentaire représentatif, par des effets d'inertie pouvant être importants et par une instationnarité marquée de l'interface liquide-gaz. Les écoulements sont étudiés expérimentalement dans deux structures modèles : des mini-canaux à section rectangulaire sans et avec constrictions, et un réseau bidimensionnel de cylindres spatialement périodique. Un premier volet est consacré aux écoulements fortement inertiels. Les différents régimes observés sont caractérisés, les pertes de charges et les saturations sont mesurées en fonction des vitesses superficielles de chaque phase. Ces données sont ensuite utilisées pour évaluer différents modèles proposés dans la littérature et basés sur des extensions empiriques de la loi de Darcy-Forchheimer. Cette évaluation met en évidence les limitations de ces modèles. Ceci conduit à proposer, pour le cas des mini-canaux, une nouvelle modélisation, plus physique, s'inspirant des méthodes développées pour les écoulements diphasiques en conduite. Cette approche fait cependant appel à un paramètre d'ajustement qui semble dépendre du caractère plus ou moins marqué des instationnarités interfaciales. La complexité générale des écoulements étudiés dans ce premier volet nous incite à revenir à une situation plus simple dans une double perspective de compréhension fine et de simulation numérique directe. Cette situation fait l'objet du second volet de la thèse. Nous y étudions l'ascension de trains de bulles sous l'action de la gravité dans un liquide au repos saturant le milieu modèle constitué par le réseau de cylindres spatialement périodique. Les trajectoires, vitesses d'ascension, déformations de bulles et conditions d'appariement sont étudiées expérimentalement pour la gamme des débits d'injection modérés. Aux plus forts débits, des situations complexes caractérisées par des appariements multiples, des coalescences et des ruptures d'amas conduisant à la formation d'un cône de dispersion sont observées.

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Saad, Mazen. "Propriétés de quelques modèles d'écoulements en milieu poreux." Bordeaux 1, 1993. http://www.theses.fr/1993BOR10630.

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Abstract:

Dans ce travail, on etablit, tout d'abord, un resultat d'existence de solutions faibles pour un modele d'ecoulement triphasique incompressible en milieu poreux; ce modele se presente sous la forme d'un systeme parabolique degenere pour lequel nous degageons une condition suffisante qui assure l'existence d'au moins une solution. Nous proposons ensuite un algorithme numerique adapte a la simulation des ecoulements triphasiques a une phase compressible pour lequel nous donnons des proprietes partielles de stabilite. Dans la deuxieme partie de ce travail, on etablit l'existence d'ensembles inertiels de dimension fractale finie pour un modele de convection naturelle en milieu poreux

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Choquet, Catherine. "Analyse de modèles d'écoulements en milieu poreux hétérogène." Clermont-Ferrand 2, 2002. http://www.theses.fr/2002CLF21392.

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Abstract:

Ce travail est consacré à l'étude de quelques modèles d'écoulements de fluides miscibles et faiblement compressibles. Les problèmes considérés interviennent dans la modélisation de la contamination des nappes phréatiques par des espèces radioactives, ou de l'exploitation de réservoirs pétroliers. La modélisation des phénomènes conduit à l'étude de systèmes d'équations aux dérivées partielles de type parabolique. Plusieurs équations de type diffusion-convection, modélisant le transport de chaque espèce en solution, sont couplées à l'équation gouvernant le champ des vitesses de Darcy. A cela peut s'ajouter une équation régissant la diffusion de la chaleur. Ce mémoire comprend 3 parties distinctes : -Ecoulements de contaminants radioactifs en milieu poreux : nous donnons le système des équations aux dérivées partielles qui traduisent les lois de conservation de masse et d'énergie. Nous prenons en compte les mécanismes physico-chimiques les plus importants. Nous étudions ensuite l'existence de solutions dans différents cadres physiques ; -Homogénéisation d'écoulements tridimentionnels : l'objet de cette partie est la modélisation dans un milieu naturellement fracturé, ainsi que dans un milieu aux caractéristiques physiques fortement oscillantes ; -Modèles d'écoulements unidimensionnel : cette restriction de la dimension nous permet de traiter des termes non linéaires de couplage supplémentaires. Cette partie est constituée d'une étude d'homogénéisation, et de l'analyse mathématique d'un modèle dans lequel on néglige le terme de dispersion

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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.

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Abstract:

"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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Al, Bitar Ahmad. "Modélisation des écoulements en milieu poreux hétérogènes 2D / 3D, avec couplages surface / souterrain et densitaires." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2007. http://oatao.univ-toulouse.fr/7712/1/al_bitar.pdf.

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Abstract:

Dans ce travail, on considère la modélisation des écoulements dans des hydro-systèmes comprenant des sols et des aquifères géologiquement complexes et hétérogènes. On considèrera par exemple le cas d’un aquifère côtier soumis à l’intrusion saline, avec couplage densitaire (eau douce / eau salée), phénomène auquel peuvent se greffer d’autres couplages (écoulements à saturation variable, couplages surface / souterrain). On choisit une approche ayant les caractéristiques suivantes : - le modèle est spatialement distribué afin de représenter l’hétérogénéité du milieu ; - le modèle est fortement couplé afin d’appréhender les écoulements dans leur complexité physique. On utilise dans ce but un modèle fortement intégré, à une seule équation générique de type EDP, basée sur une loi de Darcy généralisée permettant de décrire différents "régimes" d’écoulements la co-existant dans un même domaine, tout en conservant robustesse et efficacité. Le travail est divisé en trois parties : dans une première partie on élabore un nouveau modèle numérique 3D, pour la modélisation des écoulements en milieux poreux à densité variable dans l’hypothèse d’une interface abrupte. Ce nouveau modèle est basé sur des relations ‘effectives’ non linéaires de saturation et de perméabilité, dans une équation d’écoulement de type Richards modifiée. La seconde partie correspond à l’élaboration et l’implémentation d’un modèle verticalement intégré d’intrusion saline en aquifère côtier, permettant d’étudier l’effet de l’hétérogénéité stochastique de l’aquifère. Le modèle, basé sur l’hypothèse ‘interface abrupte’, est implémenté comme un module ‘2D’ dans le code volumes finis BigFlow2D/3D. Le nouveau module 2D est utilisé pour analyser la variabilité de l’interface eau douce / eau salée par simulations stochastiques de type Monte Carlo à échantillonnage spatial (réalisation unique). Ces résultats sont comparés à nouvelle théorie, où l’interface aléatoire auto-corrélée est analysée par transformation de variable, combinée à une méthode de perturbation et à une représentation spectrale (Fourier / Wiener-Khinchine). Dans la troisième et dernière partie, on présente un modèle de couplage fortement "intégré" pour la modélisation des écoulements de surface et souterrain en hypothèses d’écoulement plan, verticalement hydrostatique. On s‘intéresse au cas d’une vallée fluviale avec cours d’eau, plaine d’inondation, et nappe d’accompagnement. L’écoulement en surface est modélisé par l’équation d’onde diffusante et l’écoulement souterrain par l’équation de Dupuit-Boussinesq. Ce modèle couplé est appliqué à la vallée fluviale de la Garonne dans la région de Toulouse - Moissac (France). Cette application a nécessité l’élaboration d’une méthode d’interpolation géostatistique adaptée à l’élaboration d’un Modèle Intégré Numérique de Terrain (‘MINT’), de façon à inclure le fond de la rivière au MNT topographique en haute résolution. Enfin, au-delà de cette application particulière, le modèle d’écoulement couplé surface / souterrain est généralisé au cas d’un couplage densitaire eau douce / eau salée, lorsque la nappe est sujette à l’intrusion saline au voisinage d’une embouchure ou d’un estuaire.

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Laurindo, João Borges. "Évaporation en milieu poreux : étude expérimentale sur milieux-modèles et modélisation de type percolation." Toulouse, INPT, 1996. http://www.theses.fr/1996INPT070H.

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Abstract:

Nous presentons une etude fondamentale de l'evaporation en milieu capillaro-poreux. L'etude est basee sur la comparaison des resultats obtenus d'une part a l'aide d'experiences sur reseaux graves et d'autre part a partir d'une modelisation numerique de type reseau. En se limitant a des situations ou les forces de viscosite sont negligeables, trois cas de base sont consideres: le cas ou la gravite stabilise le front d'invasion, le cas ou la gravite destabilise le front d'invasion et le cas ou les effets de gravite etant negligeables le processus est entierement domine par les effets capillaires. Pour les trois cas, un excellent accord est obtenu entre experiences et simulations du point de vue des distributions de phase. Ces dernieres sont par ailleurs analysees dans le cadre de la theorie de la percolation d'invasion et de la theorie de la percolation en gradient. Le bien-fonde de l'utilisation de ces approches theoriques est etabli a travers une serie d'experiences specifiques permettant la comparaison des distributions de phase obtenues a partir d'experiences de drainage lent d'une part et d'evaporation d'autre part. Le fait que des distributions de phase de type percolation d'invasion soient obtenues en evaporation est egalement explique physiquement. Les cinetiques d'evaporation sont egalement etudiees et le lien entre cinetique et distribution de phase est analyse. La comparaison entre les cinetiques d'evaporation experimentale et numerique ne montrent, toutefois, pas un bon accord. Nous expliquons ces differences par la presence de films liquides sur les parois du micromodele lors du sechage, ces films liquides n'etant pas pris en compte dans le modele numerique. Nous presentons les preuves experimentales de l'existence de ces films et une analyse de leurs importance lors des processus d'evaporation en milieux poreux

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François, Marie. "Approche expérimentale d’écoulement gaz/liquide en milieu poreux modèle : application aux lits fixes pour la catalyse hétérogène." Thesis, Bordeaux, 2016. http://www.theses.fr/2016BORD0216/document.

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Abstract:

Les réactions de catalyse hétérogène impliquant un gaz et un liquide sont mises en oeuvre dans des réacteurs à lit fixes. Ces réacteurs peuvent être assimilés à un milieu poreux. La nature complexe de ce milieu rend la compréhension des interactions entre phases difficile, et nécessite une étude exhaustive à l’échelle globale et locale afin d’identifier les paramètres clés de l’hydrodynamique, des transferts de chaleur et de matière. Nous avons donc développé une cellule miniaturisée bidimensionnelle transparente, qui permet l’observation directe des écoulements avec une très bonne résolution spatiale et temporelle. En faisant varier le débit total et le rapport des débits gaz/liquide, nous avons mis en évidence l’apparition des régimes ruisselant et pulsé, observés par ailleurs dans des systèmes tridimensionnels. Grâce à une méthode d’analyse d’image, nous sommes capables de quantifier et cartographier la saturation liquide locale apparente et la morphologie des phases. L’analyse des variances a permis d’étudier les transitions de régimes pour différentes propriétés de la phase liquide. Cette approche a permis de comparer avec la littérature, mais aussi de s’intéresser aux mécanismes de génération et propagation des instabilités lors des transitions. Il a été mis en évidence que l’apparition des instabilités responsables de la déstabilisation du régime ruisselant intervient pour un nombre deWeber liquide fixé, indiquant que le régime pulsé apparait suite à la déstabilisation des interfaces gaz /liquides par les forces inertielles. Enfin, une étude préliminaire des transferts thermiques dans la cellule a été réalisée. La cellule est utilisée pour réaliser la réaction exothermique d’hydrogénation de l’alpha-methylstyrène. Un modèle simple de transferts thermique a été utilisé pour caractériser l’augmentation de température dans la cellule. Bien que cette approche ne permette pas des mesures quantitatives, elle ouvre à la perspective de suivi de transferts thermiques par caméra infra-rouge
Heterogeneously catalyzed reactions involving a gas and a liquid phase are frequently achieved in fixed bed reactors. These reactors can be described as a porous medium. The complex nature of this medium makes the understanding of the interplay between phases difficult, and requires a thorough study at the global andlocal scale to identify the key parameters of hydrodynamics, mass and heat transfers. Therefore, we have developed a miniaturized two-dimensional system that is transparent to allow the direct observation of the flow with very high spatial and temporal resolution. While varying the total flow rate and the gas/liquid flow rate ratio, we observe the appearance of the trickle and the pulse flow regime, which can be observed in threedimensional beds. Thanks to some image analysis techniques, we are able to quantify and to map the local apparent liquid saturation and the morphology of the phases. Variances analysis allowed the study of the transition for different liquid properties. This approach allowed the comparison with the existing state of art, but also the study of the onset and propagation mechanisms of the instabilities during the transition. We report that the onset of instabilities responsible for the destabilization of the trickle flow regime occurs at a fixed Weber number. This indicates that the pulsed regime is due to the destabilization of the gas/liquid interface by inertial forces. Finally, a preliminary study of thermal transfers in the device was realized. The device was used to perform the exothermic hydrogenation of alpha-methylstyrene. A simple model is used to characterize the temperature increase in the device. Although this approach does not allow quantitative measurements, it opens up the perspective of monitoring thermal transfers with an infra-red camera

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Nasser, El Dine Houssein. "Étude mathématique et numérique pour le modèle Darcy-Brinkman pour les écoulements diphasiques en milieu poreux." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2017. http://www.theses.fr/2017ECDN0022.

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Abstract:

Le système modélisant un écoulement de deux phases incompressibles dans un gisement pétrolier à large porosité est régi par la loi de Darcy-Brinkman. La vitesse de filtration de Darcy conduit à une équation elliptique en pression et une équation parabolique dégénérée en saturation. Ce système est très largement utilisé en milieu poreux. Dans cette thèse, on s’intéresse à la modification de Brinkman qui consiste à modifier la loi de Darcy en ajoutant un terme de dissipation en vitesse. Ce système conduit à une équation elliptique en pression et une équation parabolique non standard en saturation, régularisante en temps. On s’intéresse dans un premier temps à l’étude mathématique du système Darcy-Brinkman et à la régularité des solutions. Afin de simuler numériquement les solutions de ce problème, on propose une première étude de convergence d’un schéma aux volumes finis sur un maillage admissible et pour un milieu poreux homogène. Ensuite, une méthode combinée de type volumes finis-éléments finis non conformes est proposée pour tenir compte de l’anisotropie du milieu. Le but du deuxième volet de cette thèse est de tenir compte de la compressibilité des fluides. On propose de décrire le modèle de Darcy-Brinkman dans le cas monophasique compressible. On montre que ce modèle est bien posé en dimension un d’espace et sur l’espace entier. Ensuite, sous l’hypothèse de Bear, on montre également que le modèle est bien posé en dimension d ≥ 2
The system modeling a two incompressible phase flow with high porosity in an oil-field is governed by the law of Darcy-Brinkman. The velocity of filtration of Darcy leads to an elliptic equation in pressure and a degenerate parabolic equation in saturation. This system is widely used in porous media. In this thesis, we are interested in the modification of Brinkman which consists in modifying Darcy’s law by adding a viscosity disspative term. This system leads to an elliptic equation in pressure and unstandard parabolic equation in saturation regularized in time. First, we are interested in the mathematical study of the Darcy-Brinkman’s system and in the regularity of the solutions. To simulate numerically the solutions of this problem, we study the convergence of a finite-volume scheme on an admissible mesh for a homogeneous porous media. Then, we propose a combined method of finite volume - nonconforming finite element type to deal with the anisotropic of the media. In the second part of this thesis we deal with the compressibility of the fluids. We suggest a model of Darcy- Brinkman to describe the compressible monophasic case. We show that this model is well posed in dimension one in the whole space. Then, under the hypothesis of Bear, we also show that this model is well posed in dimension d ≥ 2

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Jimenez, Julien. "Modèles non linéaires de transport dans un milieu poreux hétérogène." Phd thesis, Université de Pau et des Pays de l'Adour, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00204610.

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Abstract:

Cette thèse a pour objet l'analyse mathématique de lois de conservation scalaires dont la fonction flux présente une discontinuité par rapport à la variable d'espace. Nous nous intéressons plus particulèrement au problème du raccord le long d'une interface commune des solutions de deux équations quasi linéaires hyperboliques du premier ordre, posées dans deux ouverts disjoints.
En premier lieu nous considérons un problème couplé hyperbolique/hyperbolique. Sous une condition de non dégénérescence du flux, nous avons obtenu un résultat d'existence et d'unicité d'une solution faible entropique d'abord en dimension 1 d'espace puis en dimension quelconque. La preuve de l'unicité est basée sur la méthode de dédoublement des variables due à S.N. Kruzkov puis sur un raisonnement presque partout à l'interface. Dans le cas particulier de la dimension 1 l'existence s'obtient par une régularisation adéquate du coefficient discontinu dans le terme de convection alors que nous utilisons la méthode de viscosité artificielle dans le cas général.
En second lieu nous traitons le cas de termes de convection qui apparaissent dans l'ingénierie pétrolière pour lesquels la condition de non dégénérescence de la non linéarité n'est pas vérifiée. Nous ne pouvons donc pas adapter les méthodes précédemment utilisées. Nous nous sommes donc intéressés à un problème couplé perturbé où sur l'un des deux ouverts un terme de diffusion est ajouté. Sous l'hypothèse que les caractéristiques provenant de la zone hyperbolique sont sortantes à l'interface, l'unicité d'une solution faible entropique est établie. La méthode de viscosité artificielle et la notion de processus entropique nous permettent de prouver le résultat d'existence .

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Saint-Macary, Patrick. "Analyse mathématique de modèles de diffusion en milieu poreux élastique." Phd thesis, Université de Pau et des Pays de l'Adour, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00007651.

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Abstract:

La propagation d'ondes élastiques dans un milieu poreux saturé de fluide est un phénomène complexe intervenant dans de nombreuses applications comme la prospection d'hydrocarbures. Ce phénomène est transcrit au moyen d'un système couplé d'équations hyperbolique-parabolique dû à M. A. Biot d'inconnues u, déplacement de la structure et p, pression du fluide. La première équation décrit l'évolution en temps de u tandis que la seconde est une équation de diffusion obtenue en injectant la loi de Darcy dans la loi de conservation de la masse. Le couplage représente les effets dits de consolidation dus aux interactions entre le fluide et la structure poreuse. Un terme de consolidation secondaire peut intervenir dans la première équation et si on le néglige, le système obtenu correspond à un modèle utilisé en thermoélasticité. Un autre cas limite du modèle de Biot est le cas quasi-statique où la densité de la structure est négligeable. Enfin, un modèle non linéaire peut s'obtenir en perturbant le potentiel d'élasticité linéaire par un potentiel non linéaire représenté par un q-Laplacien. On montre ici l'existence et l'unicité des solutions des modèles de Biot linéaire et non linéaire dans différents cas variant en fonction des paramètres physiques. On utilise des méthodes d'approximation de Galerkin, des techniques de régularisation et de pénalisation pour l'existence et des fonctions-test de Ladyzenskaja pour les résultats d'unicité. On compare les modèles thermoélastique et quasi-statique au modèle complet en estimant dans chaque cas les taux de convergence en fonction des paramètres avant d'étudier le comportement en temps long du modèle.

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Amirat, Youcef. "Étude mathématique et numérique de modèles d'écoulements en milieu poreux." Paris 9, 1989. https://portail.bu.dauphine.fr/fileviewer/index.php?doc=1989PA090008.

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Abstract:

Analyse d'écoulements compressibles régis par une loi quadratique de perte de charge. La modélisation conduit à une équation parabolique non linéaire dégénérée. Approximation numérique d'un problème à frontière libre d'évolution, modélisant le déplacement de l'interface de deux fluides non miscibles incompressibles. Homogénéisation d'équations hyperboliques du premier ordre intervenant dans deux modèles d'écoulements miscibles incompressibles

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Fahs, Marwan. "Modélisation du transport réactif multicomposants en milieu poreux saturé." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2007. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2007/FAHS_Marwan_2007.pdf.

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Abstract:

La modélisation du transport réactif se fait séquentiellement avec l’approche de séparation d’opérateur (OS) ou bien simultanément avec l’approche globale (GA). Les premiers travaux de modélisation de transport réactif ont montré la supériorité de (OS) par rapport à (GA). Des travaux récents ont cependant mis en évidence la faiblesse de OS dans certaines configurations. Dans la première partie de ce travail nous avons étudié les approches (OS) et (GA) dans différentes configurations chimie-transport. Afin d’éviter l’inconvénient majeur de (GA), à savoir son coût élevé en temps de calcul, on a développé un nouveau modèle de calcul robuste et efficace. Les résultats qu’on a obtenus montrent qu’avec ce modèle, (GA) devient plus efficace et plus précise que (OS). Cet avantage devient prononcé dans le cas d’une chimie complexe avec des réactions de sorption et/ou de précipitation/dissolution. La deuxième partie de ce travail s’intéresse au développement des schémas numériques pour la modélisation du transport réactif. La plupart des modèles existants utilisent des méthodes Eulériennes qui imposent des discrétisations très fines en espace et en temps et par conséquent des temps de calculs prohibitifs. Afin de remédier à ce problème on a utilisé la méthode ELLAM. L’objectif de ce travail est de développer les potentialités des méthodes ELLAM pour résoudre le problème du transport réactif. Une première étape consiste à combiner les ELLAM avec OS et GA. Les résultats obtenus montrent que pour les réactions cinétiques OS_ELLAM est la plus efficace. Cependant, pour les réactions à l’équilibre, ELLAM_GA devient préférable. La deuxième étape est l’amélioration des ELLAM afin d’éviter le problème de diffusion numérique. On a donc développé une nouvelle formulation des ELLAM. Cette formulation a été testée pour le transport linéaire et non linéaire. Les résultats montrent que notre nouvelle approche n’est pas sensible au pas de temps et évite toute diffusion numérique
The modeling of reactive transport is done sequentially with the operator splitting approach or simultaneously with the global approach. The first work in reactive transport showed the superiority of (OS) compared to (GA). However, recent work highlighted the OS weakness in certain configurations. In the first part of this work we studied the tow approaches (OS) and (GA) for various configurations of chemistry-transport. In order to avoid the major disadvantage of (GA), who is the high cost in CPU time, we developed a new efficient and robust model. The obtained results show that, with this model, (GA) becomes more efficient and more precise than (OS). This advantage becomes more important in the case of complex chemistry with sorption and precipitation/dissolution reactions. The second part of this work is interested to the development of numerical schemes for modeling reactive transport. In fact, the majority of the existing models use Eulerian methods for the transport equations. These methods require a very fine space and time discretization and consequently a prohibitory CPU times. In order to solve this problem, we use in this work the Eulerian Lagrangian Localized Adjoint Method (ELLAM). The objective of this work is to develop the potentialities of ELLAM to solve the reactive transport problem. The first step of this part consists in combining the ELLAM with OS and GA. The obtained results show that for kinetic reactions, OS_ELLAM is more efficient than GA_ELLAM. However, for the equilibrium reactions, ELLAM_GA becomes preferable. The second step is the improvement of the ELLAM in order to avoid the numerical diffusion problem. A new formulation of ELLAM is developed. This formulation was tested for linear and nonlinear transport. The result shows that our new approach is less sensitive to the time step and avoids any numerical diffusion

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Pi, Haohong. "Analyse expérimentale-numérique de l'écoulement diphasique dans des modèles de milieu poreux sur puce microfluidique." Electronic Thesis or Diss., Bordeaux, 2024. http://www.theses.fr/2024BORD0126.

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Abstract:

Les expériences de déplacement en milieu poreux sont la méthode habituellement utilisée pour étudier l'écoulement biphasique immiscible. Cependant, malgré les aspects de reproductibilité, un inconvénient majeur est que ces expériences de type "boîte noire" ne permettent pas d'observer et de capturer les phénomènes clés à l'échelle des pores, y compris les interactions interfaciales et les détails sur la mobilisation de l'huile piégée (par exemple, la taille et la distribution des ganglions résiduels). C'est pourquoi les dispositifs micromodèles microfluidiques sont désormais largement utilisés dans les expériences de récupération assistée d'huile (EOR) en laboratoire. Ils préservent les détails structurels de la roche tout en offrant des avantages tels que la facilité de nettoyage et la répétabilité. Le suivi visuel du déplacement des fluides est particulièrement important car il peut fournir plus de détails sur le comportement des phases mouillantes et non mouillantes dans les milieux poreux, aidant à élaborer des stratégies ciblées pour améliorer les taux de récupération du pétrole. Cette thèse explore la dynamique complexe des écoulements biphasiques immiscibles en combinant des modèles de milieux poreux microfluidiques, souvent appelés « réservoir-sur-puce », avec des simulations numériques.Dans nos expériences, nous avons utilisé des techniques morphologiques pour surveiller et enregistrer le comportement de déplacement dans un écoulement biphasique, en étudiant systématiquement les effets de différents nombres capillaires (Ca) et rapports de viscosité (M) sur les mécanismes d'écoulement et la mobilisation de l'huile résiduelle. Les résultats ont indiqué que pendant l'inondation par l'eau, le déplacement présentait des caractéristiques de doigté visqueux à des valeurs plus basses de Ca et M. En augmentant le débit pour améliorer Ca de dix fois, l'huile résiduelle montrait une invasion latérale et même arrière des chemins de flux sans changements significatifs dans la taille des grappes. Avec l'augmentation de M, la taille des grappes et la taille maximale des grappes ont diminué, conduisant à une distribution plus uniforme de l'huile résiduelle et à une Sor plus faible. Le mécanisme de mobilisation de l'huile résiduelle s'est manifesté par la rupture des ganglions, les nouveaux petits ganglions formés étant mobilisés sous des pressions plus élevées. La distribution des grappes d'huile résiduelle est conforme à la théorie de percolation, où l'exposant de mise à l'échelle τ est de 2,0. Tous les résultats expérimentaux pour Sor et les valeurs de Ca correspondantes se sont regroupés sur la courbe classique de désaturation capillaire (CDC).Les résultats expérimentaux ont servi de fondement pour développer un modèle numérique utilisant une approche de champ de phase. Ce modèle, basé sur le système d'équations de Cahn-Hilliard-Navier-Stokes, capture efficacement le comportement d'écoulement biphasique de fluides immiscibles dans des domaines confinés. Il intègre les équations de conservation de la masse et de la quantité de mouvement, enrichies par la dynamique de séparation de phase et les considérations d'énergie interfaciale. Les simulations numériques, exécutées sur la plateforme d'éléments finis en source ouverte Fenics, s'alignent qualitativement et quantitativement avec les observations expérimentales, confirmant la précision du modèle pour prédire les comportements fluidiques sous diverses conditions physiques, et avançant notre compréhension de la dynamique des fluides à l'échelle des pores. Les simulations se concentrent sur l'analyse de l'influence des propriétés des fluides et des conditions opérationnelles sur les mécanismes de déplacement à l'échelle des pores
The core-flood experiments are the usual method used to study the immiscible biphasic flow. However, beside reproducibility aspects, a significant drawback is that with these black box experiments, we cannot observe and capture key phenomena at the pore scale, including interfacial interactions and details about mobilization of the trapped oil (e.g. size and distribution of residual ganglia). This is why microfluidic micromodel devices are now extensively used in lab EOR experiments. They preserve the structural details of the rock while offering advantages such as easy cleaning and repeatability. Visual tracking of fluids displacement is particularly important as it can provide more details about the behavior of wetting and non-wetting phases in porous media, aiding in targeted strategies to enhance oil recovery rates. This thesis explores the intricate dynamics of immiscible two-phase flows combines microfluidic porous medium models, often referred to as “reservoir-on-a-chip”, with numerical simulations.In our experiments, we used morphological to monitor and record displacement behavior in biphasic flow, systematically studying the effects of different capillary numbers (Ca) and viscosity ratios (M) on the flow mechanisms and the mobilization of residual oil. The results indicated that during waterflooding, displacement exhibited characteristics of viscous fingering at lower Ca and M values. By increasing the flow rate to enhance Ca tenfold, the residual oil showing lateral and even backward invasion of flow paths without significant changes in cluster size. With increasing M, both the cluster size and the maximum cluster size decreased, leading to a more uniform distribution of residual oil and lower Sor. The mobilization mechanism of residual oil manifested as ganglia breakup, with newly formed smaller ganglia being mobilized under higher pressures. The distribution of residual oil clusters is consistent with percolation theory, where the scaling exponent τ is 2.0. All experimental results for Sor and corresponding Ca values collapsed onto the classical Capillary Desaturation Curve (CDC).The experimental findings served as a foundation for developing a numerical model using a phase-field approach. This model, based on the Cahn-Hilliard-Navier-Stokes system of equations, effectively captures the bi-phasic flow behavior of immiscible fluids within confined domains. It incorporates conservation of mass and momentum equations, enhanced by phase separation dynamics and interfacial energy considerations. The numerical simulations, executed on the open-source finite element platform Fenics, align qualitatively and quantitatively with experimental observations, affirming the accuracy of model in predicting fluid behaviors under varied physical conditions, advancing our understanding of pore-scale fluid dynamics. Simulations focus on dissecting the influence of fluid properties and operational conditions on the displacement mechanisms at the pore scale

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Philit, Sven. "Elaboration d'un modèle structural, pétrophysique et mécanique des failles en milieu gréseux poreux : implication pour la migration et le piégeage des fluides." Thesis, Montpellier, 2017. http://www.theses.fr/2017MONTT090/document.

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Abstract:

La cataclase est un processus de déformation efficace en termes de réduction de porosité et de perméabilité dans les grès poreux, constituant des aquifères et réservoirs d’hydrocarbures classiques. Un enjeu majeur concernant la déformation dans les grès consiste à identifier les processus contrôlant l’évolution des structures cataclastiques et reconnaitre les paramètres influençant l’expression de la déformation à l’échelle microscopique et à l’échelle du bassin.Dans cette étude, nous nous concentrons sur l’analyse structurale des amas (« clusters ») de bande de déformation cataclastiques afin de considérer une déformation suffisamment localisée représentant un potentiel rôle de barrière sur les fluides. Nous choisissons sept sites d’étude présentant des clusters formés en tectonique extensive et contractive, dans différent régimes Andersoniens, à différentes profondeurs d’enfouissement, et dans des grès aux lithologies variées. Nous utilisons une approche analytique afin d’estimer l’évolution de l’état de contrainte des grès jusqu’à la déformation. L’utilisation de modèles numériques permet d’analyser l’influence de certains paramètres physiques sur la structuration de la déformation.Nous montrons que la position de l’enveloppe de rupture du grès (dépendant de sa lithologie) semble déterminer la morphologie de la déformation. D’autre part, les clusters formés en régimes Andersoniens normal, décrochant et inverse semblent respectivement couramment se former sur la même partie de l’enveloppe.Les clusters formés en régime normal montrent des épaisseurs fines à moyennes, des densités de bande importantes et forment, avec d’autres clusters, des réseaux d’échelle kilométrique souvent localisés à proximité d’une faille majeure. Ils représentent une barrière potentielle pour les fluides. Les clusters formés en régime décrochant ont des épaisseurs et des densités de band moyennes. Parce qu’ils semblent éparses, ces clusters ne forment probablement aucun frein pour les fluides. Les clusters formés en régime inverse ont des épaisseurs et des densités de bande moyennes si la rupture est atteinte sur la partie fragile de l’enveloppe. Ils semblent potentiellement plus épais avec des densités de bands faibles voire deviennent de simples réseaux de bandes distribuées si l’enveloppe de rupture est atteinte sur sa partie ductile. Parce qu’ils sont courts et éparses, ces clusters ne représentent pas de frein pour les fluides.Nous relions le développement des clusters et leur morphologie à l’agencement microscopique des clasts dans le matériel déformé. La faible compaction du matériel déformé des clusters créés en régimes normal et décrochant semble être à l’origine de l’étroite localisation des bandes à cause de la présence de plans de faiblesse dans le matériel déformé. Pour le même degré de déformation, la compaction plus élevée du matériel en régime inverse favoriserait la distribution des bandes.Le passage à la faille tel qu’observé dans les clusters en régime normal est permis par la présence entre les grès de niveaux incluant des minéraux fragiles. Ces niveaux permettent l’initiation et la propagation d’une surface de glissement majeure dans les grès adjacents. L’initiation d’une faille est aussi favorisée lorsque des grès poreux sont juxtaposés contre une lithologie indurée.Notre étude montre que la cimentation de quartz des parties les plus déformées des clusters est fréquente, même dans le cas de clusters ayant été enfouis à des profondeurs inférieures à 800 m. Cette cimentation est catalysée par l’intense degré de cataclase, semble être précipitée par « self-healing » et altère les propriétés pétrophysiques des clusters
Deformation through cataclasis, which corresponds to grain crushing, is an effective process of porosity and permeability reduction in porous sandstones, classical aquifers and hydrocarbon reservoirs at depth. A major stake concerning the deformation in sandstone is to understand what processes govern the growth of the cataclastic structures and to recognize what parameters influence the expression of the deformation at microscopic scale and at basin scale.In this study, we focus on the analysis of cataclastic deformation band clusters in order to consider a significantly concentrated deformation regarding the potential of fluid flow baffling. We select seven study sites presenting clusters formed in extensional and contractional tectonics, under different Andersonian regimes, at various burial depths and in sandstones of varying lithologies. To complement the structural analysis, we use an analytical approach to estimate the stress-state evolution of the sandstones leading to deformation. Numerical modeling allows the analysis of the influence of physical parameters on the structuring of the deformation.We show that the position of failure along the failure envelope of the sandstone (which depends on its lithology) seems to determine the morphology of deformation. On the other hand, normal, strike-slip and thrust Andersonian regime clusters respectively seem to form frequently on the same part of the envelope.Normal regime clusters (favorably formed in extensional tectonics) have thin to medium thickness, with high band density and form, with other clusters, networks of km-scale length - often localized near a major fault. They are likely to baffle fluid flow. Strike-slip regime clusters (favorably formed in contractional tectonics) have medium thickness with medium band densities. Due to their sparseness, they seem unlikely to form a baffle for fluids. Thrust regime clusters (favorably formed in contractional tectonics) have medium thickness and medium band density if failure is attained on the brittle part of the envelope. They seem potentially thicker, with low band density and tend to form arrays of deformation bands if failure is attained on the cap of the envelope. Because they are short and sparse, they do not represent an effective baffle for fluid flow.We relate the process of cluster growth and their resulting morphology to the microscopic arrangement of the clasts in the deformed material. The minor compaction in the deformed material of normal and strike-slip regime clusters seems to be at the origin of the dense localization of the bands through the presence of weaker planes in the deformed material. For the same degree of deformation, the more compacted material in thrust regime clusters would favor the distribution of the bands.Faulting of normal regime clusters is enhanced by the presence of layers including weak minerals between the sandstones. These weak layers are responsible for the initiation and propagation of major slip-surfaces in the adjacent sandstone from small displacements. The initiation of major slip-surfaces is also favored when porous sandstone is juxtaposed with a hard lithology.We find that the quartz cementation of the most deformed parts of the clusters is common, even in clusters that were never buried below 800 m. This cementation is promoted by an intense degree of cataclasis, seems to form by “self-healing”, and may reduce the petrophysical properties of clusters

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Pinson, François. "Modélisation à l'échelle macroscopique d'un écoulement turbulent au sein d'un milieu poreux." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2006. http://oatao.univ-toulouse.fr/7449/1/pinson.pdf.

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Abstract:

Ce travail porte sur la modélisation à l'échelle macroscopique de la turbulence dans des milieux poreux. Cette problématique touche aussi bien le domaine des échangeurs de chaleur, des réacteurs nucléaires, ou celui des écoulements urbains, etc. Nous nous fixons pour objectif de ne décrire que de façon homogénéisée, en appliquant un opérateur de moyenne spatiale, des écoulements turbulents traversant une structure solide. Outre ce premier opérateur, l'utilisation de la moyenne statistique permet de s'affranchir du caractère pseudo-aléatoire de la turbulence. Ainsi, l'application successive de ces deux opérateurs de moyenne permet d'établir les équations bilan décrivant les écoulements considérés. Elle fait par ailleurs émerger deux problématiques majeures, à savoir la modélisation des effets de dispersion dûs à la présence de la structure solide et la modélisation de la turbulence à l'échelle macroscopique (contraintes de Reynolds et dispersion turbulente). Dans ce but, nous nous appuyons notamment sur la modélisation à l'échelle locale de la turbulence et plus précisément sur les modèles RANS de type k-e. La méthodologie d'étude de la dispersion engendrée par la présence de la structure solide, obtenue dans le cadre de la «méthode de prise de moyenne spatiale», est généralisée aux écoulements turbulents. Son application inclut la simulation à l'échelle locale des écoulements turbulents dans un motif élémentaire de la structure solide. Appliquée aux écoulements en canaux, cette analyse montre que, même en présence de turbulence, la dispersion reste l'un des phénomènes dominants dans le contexte de la modélisation des écoulements à l'échelle macroscopique. Une analyse selon deux échelles spatiales de l'écoulement nous a permis de comprendre le rôle prépondérant de la force de traînée dans les transferts d'énergie cinétiques inter-échelles. Les transferts s'opérant entre l'écoulement moyen et l'écoulement turbulent sont eux aussi formellement dérivés. Cette description multiéchelle permet de mieux appréhender la modélisation macroscopique de la turbulence et nous conduit à introduire les notions de production de sous-filtre et de dissipation de sillage. Un modèle de type f - f - f est alors établi : il est composé de trois équations bilan pour l'énergie cinétique turbulente, la dissipation visqueuse de la turbulence et la dissipation de sillage. De plus, un prédicteur dynamique pour le coefficient de frottement est proposé. Ce modèle a ensuite été appliqué avec succès à l'étude d'écoulements turbulents en canaux.

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Guellouz, Sami. "Modélisation de la migration de colloïdes dans un milieu poreux." Phd thesis, Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, 1994. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00529457.

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Abstract:

Lorsque les polluants sont liés à des particules colloïdales mobiles, le modèle classique qui veut qu'ils soient repartis entre une phase fluide mobile et une phase solide immobile n'est plus applicable. Ceci est en particulier vrai pour les polluants insolubles qui sont considérés immobiles par cette première modélisation. Il est donc nécessaire de trouver une modélisation qui tienne compte de ce transfert de polluants favorisé par les particules colloïdales. C'est le propos de cette recherche. Le problème posé consistait à modéliser la dispersion et la rétention éventuelle de particules colloïdales dans un milieu poreux. Ce problème est délicat à résoudre avec les méthodes usuelles d'analyse numérique (couplage d'équations aux différentielles partielles). Ceci nous a incite à préférer à cette approche celle du milieu discret équivalent des micromodèles. En conférant aux particules le plus de comportements physiques possible à l'échelle du lien, nous avons tenté de retrouver le comportement macroscopique décrit par ces équations. Nous présentons les modèles et validons la modélisation intégrant les mécanismes physiques au niveau du pore et, grâce a la transformation de Laplace, la diffusion moléculaire.

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Debaste, Frédéric. "Modélisation de l'évaporation en milieu poreux: développement de modèles fondamentaux et appliqués." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2008. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/210496.

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Abstract:

L'étude des phénomènes fondamentaux de

transport et de thermodynamique apparaissant lors de l'évaporation

en milieu poreux permet l'investigation d'applications pratiques

variées. Dans ce travail, nous développons des modèles fondamentaux

d'évaporation en milieu poreux que nous appliquons ensuite au

séchage en lit fluidisé de deux matériaux granulaires poreux :le

PVC et la levure.

Les modèles mis au point sont réalisés suivant une approche

multiéchelle. Nous nous intéressons tout d'abord aux phénomènes se

déroulant à l'échelle d'un pore. Les modèles développés à cette

échelle sont ensuite exploités dans le cadre d'une étude à l'échelle

d'un grain poreux. Le couplage des modèles de grain avec un modèle à

l'échelle du réacteur permet alors l'étude des applications

industrielles.

A l'échelle du pore, nous étudions les phénomènes de transport dans

un capillaire initialement rempli de liquide qui s'évapore vers

l'atmosphère ambiante. L'objectif est de prédire le taux

d'évaporation dans cette configuration. Nous nous intéressons

successivement à la modélisation du transport de matière par

convection-diffusion en phase gazeuse et la modélisation de l'impact

de films liquides adsorbés à la paroi du capillaire sur le transport

de matière. Ces deux modèles sont confrontés à des expériences

d'évaporation en capillaires cylindriques visualisées à l'aide de

deux dispositifs optiques. Le premier offre un suivi d'ensemble au

cours du temps du capillaire, alors que le second, un interféromètre

de Mach-Zehnder, permet une visualisation locale de la région

entourant le ménisque.

Le modèle portant sur le transport de matière par

convection-diffusion mène à la définition d'un critère non

dimensionnel permettant d'évaluer si la convection dans la phase

gazeuse dans le capillaire doit être prise en compte pour évaluer le

taux d'évaporation. Le modèle de film permet de prédire l'impact de

celui-ci sur l'évaporation en présence d'un gaz inerte lorsque les

mouvements convectifs en phase gazeuse sont négligeables. La

confrontation de ce modèle avec les profils d'épaisseur des films

obtenus à l'aide de interféromètre de Mach-Zehnder ne permet pas de

valider le modèle, et ce, suite à une trop grande incertitude sur

l'évaluation des interactions entre la paroi et le liquide.

A l'échelle d'un grain, nous développons un modèle discret par

réseau de pores et deux modèles continus pour tenter de prédire le

taux d'évaporation et la distribution des phases dans le milieu

poreux. Le modèle par réseau de pores prend en compte les transports

de matière par diffusion en phase gazeuse, par convection dans les

pores remplis de liquide et par convection dans les films liquides.

Les effets visqueux en phase liquide sont également modelisés. Pour

la prise en compte de ces derniers, nous montrons l'importance de

l'usage d'un algorithme approprié. Nous évaluons ensuite au travers

de trois nombres sans dimensions l'impact du transport par film et

des effets visqueux sur l'évaporation et la distribution des phases.

Cette analyse dimensionnelle est ensuite appliquée à l'étude de

réseaux de pores pour lesquels la section des liaisons les

constituant est idéalisée par des polygones réguliers. Pour les

modèles continus après une vérification simplifiée de

l'applicabilité de cette démarche, nous développons deux modèles

simples. Dans les deux modèles, l'étape de séchage à vitesse

constante est supposée limitée par le transport de matière externe

au grain. Le premier modèle, dit à front pénétrant, suppose que

l'étape de séchage à vitesse décroissante correspond à l'existence

d'un front d'évaporation qui s'enfonce dans la matrice poreuse. Le

second modèle, dit à surface d'échange variable, attribue cette même

étape du séchage à une diminution progressive de la surface

d'évaporation en surface du grain.

A l'échelle du réacteur, nous présentons deux modèles visant à

simuler deux types d'essais différents :le séchage en lit fluidisé

et la thermogravimétrie analytique. Ces deux modèles sont couplés

aux différents modèles à l'échelle de grain pour étudier le séchage

de PVC et de levure tant en lit fluidisé que lors des essais de

thermogravimétrie analytique.

Dans le cas du PVC, le modèle par réseau de pores ne peut pas être

appliqué de par la nécessité d'une trop grande puissance de calcul.

Au niveau des modèles continus, nous montrons que l'application du

modèle à surface d'échange variable permet de reproduire les courbes

de séchage expérimentales des essais en lit fluidisé.

Dans le cas de la levure, nous appliquons le modèle par réseau de

pores et le modèle à front pénétrant. L'utilisation du modèle par

réseau de pores nécessite une connaissance plus détaillée de la

structure poreuse des grains. Le traitement d'une analyse par

microtomographie nous permet d'obtenir un réseau de pores

expérimental. Celui-ci est utilisé pour montrer que la méthode de

caractérisation de la porosité par intrusion de mercure ne semble

pas adaptée à un matériau deformable comme la levure. Le même réseau

est utilisé pour simuler le séchage de grains de levure à l'aide du

modèle par réseau de pores. Les simulations sont réalisées sur des

réseaux équivalents à des coupes dans le solide. Le modèle par

réseau de pores et le modèle à front pénétrant permettent tous deux

de modéliser correctement le séchage de levure en lit fluidisé

moyennant l'ajustement de leurs paramètres ajustables,

respectivement la conductibilité des films liquide et la tortuosité.

Pour l'essai de thermogravimétrie, ils ne parviennent à approcher

que la première étape de celui-ci. Les avantages, défauts et

complémentarités de ces deux modèles sont discutés.

Nous évaluons ensuite l'impact du rétrécissement de la levure et des

types d'eau sur le séchage de ce matériau. Le rétrécissement est,

pour ce faire, mesuré à l'aide d'un stéréomicroscope. Ces premières

mesures, exploratoires, mènent à la définition d'un modèle empirique

de retrait du solide au cours de son séchage. En le prenant en

compte dans les modèles déjà appliqués à la levure, nous montrons

que le retrait a un impact significatif sur l'étape de séchage à

vitesse décroissante. Cet impact

peut cependant être masqué intégralement par la réévaluation

des paramètres ajustables des différents modèles. Finalement,

l'étude des types d'eau au travers d'un modèle simple appliqué à

l'essai de thermogravimétrie analytique montre que les types d'eau

ne doivent pas être pris en compte pour modéliser le séchage de

levure.

A l'issue de ce travail, nous disposons donc de modèles fondamentaux

d'évaporation en milieu poreux. Ceux-ci peuvent être appliqués à des

cas d'intérêt industriel, comme nous le réalisons pour le PVC et la

levure. Ils peuvent servir à améliorer la

compréhension de ces procédés. Ils représentent donc des

outils de choix pour la conception, le dimensionnement et

l'optimisation du séchage.
Doctorat en Sciences de l'ingénieur
info:eu-repo/semantics/nonPublished

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Bendhaou, Wafa. "Modélisation macroscopique des écoulements à masse volumique variable : vers un modèle de la pyrolyse de la biomasse." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLC084.

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Abstract:

La pyrolyse est la décomposition thermochimique de la biomasse en gaz de synthèse valorisables en biocarburants. Cette technologie, propre et renouvelable, nécessite aujourd’hui des efforts de recherche et de développement afin de prouver sa compétitivité par rapport aux autres sources d’énergie. L’objectif de cette thèse est de développer un modèle macroscopique de la pyrolyse en utilisant la méthode de prise de moyenne volumique. Le modèle sera ensuite utilisé pour faire des études numériques afin de caractériser le procédé et améliorer les performances des réacteurs. Une approche en deux temps a été établie afin d’atteindre notre objectif. D’abord, des modèles macroscopiques d’écoulements à masse volumique variable en milieu poreux ont été développés. Ce type d’écoulements est similaire à celui mis en jeu en pyrolyse pour deux deux raisons: la masse volumique varie sous l’effet de gradients forts de température et le réacteur de pyrolyse peut être considéré comme un milieu poreux à double porosité (porosité à l’échelle du lit et porosité à l’échelle de la particule). Les résultats théoriques ont montré que les équations de conservation macroscopiques (continuité, quantité de mouvement et énergie) et les propriétés effectives (masse volumique, perméabilité et diffusivité thermique) font apparaitre de nouveaux termes résultants de la variation de densité. La forme explicite de ces termes a été établie et validée par simulations numériques. Les résultats obtenus ont été utilisés dans un deuxième temps afin de développer un modèle macroscopique de la pyrolyse
Pyrolysis is a thermo-chemical conversion of biomass into bio-fuels. This technology has not been fully developed and its competitiveness against other sources of energy is yet to be proven. The aim of this work is to derive a macroscopic model of pyrolysis by means of volume averaging method. The obtained macroscopic model can then be used to conduct fast and low-cost numerical simulations to characterize the process and improve the reactor efficiency. To achieve our objective, a two-steps methodology has been established. First, the fundamental problem of variable density flow in porous media has been investigated. The physical phenomena in this kind of problem are very similar to those involved in pyrolysis for two reasons: the fluid density varies due to high temperature gradients and the pyrolysis reactor can be considered as a double porosity medium (porosity at the reactor scale and porosity at the biomass particle scale). The obtained macroscopic conservation equations (continuity, momentum and energy) and the effective properties (density, permeability and thermal diffusivity) contain additional terms resulting from the fluid density variation. The explicit form of these terms has been established and their components have been computed. The resulting models of the first step have then been used to develop a macroscopic model of the pyrolysis in the second part of our study

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Guellouz, Sami. "Modélisation de la migration de colloïdes dans un milieu poreux." Phd thesis, Marne-la-vallée, ENPC, 1994. http://www.theses.fr/1994ENPC9431.

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Abstract:

Lorsque les polluants sont liés à des particules colloïdales mobiles, le modèle classique qui veut qu'ils soient répartis entre une phase fluide mobile et une phase solide immobile n'est plus applicable. Ceci est en particulier vrai pour les polluants insolubles qui sont considérés immobiles par cette première modélisation. Il est donc nécessaire de trouver une modélisation qui tienne compte de ce transfert de polluants favorisé par les particules colloïdales. C'est le propos de cette recherche. Le problème posé consistait à modéliser la dispersion et la rétention éventuelle de particules colloïdales dans un milieu poreux. Ce problème est délicat à résoudre avec les méthodes usuelles d'analyse numérique (couplage d'équations aux différentielles partielles). Ceci nous a incité à préférer à cette approche celle du milieu discret équivalent des micromodèles. En conférant aux particules le plus de comportements physiques possible à l'échelle du lien, nous avons tenté de retrouver le comportement macroscopique décrit par ces équations

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Skachkov, Sergey. "Modèle macroscopique de la dispersion diphasique en milieux poreux et fracturés." Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2006. http://www.theses.fr/2006INPL064N/document.

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Abstract:

L’objectif est de construire le modèle homogénéisé d’un écoulement diphasique en milieu poreux et fracturé, en mettant en évidence le phénomène de mélange dynamique (mixing) entre les phases, provoqué par l’hétérogénéité du milieu. L’attention est concentrée sur l’influence de la capillarité. L’homogénéisation à double échelle a été appliquée. Le mixing se manifeste sous forme de la dispersion hydrodynamique et de l’advection renormalisée. Le tenseur de dispersion, déterminé à travers le problème cellulaire, est une fonction non linéaire de la saturation, vitesse d’écoulement, rapport de viscosité et du nombre capillaire. Pour les milieux fracturés, une méthode streamline configurations a été avancée pour le cas diphasique. Elle permet d’obtenir la dispersion et la perméabilité effective sous forme analytique pour des réseaux de fracture périodiques, ou semi-analytique pour des réseaux aléatoires. La simulation d’un déplacement diphasique à la base du nouveau modèle a été réalisée
The objective of the thesis is to develop the homogenized model of a two-phase flow through a porous and fractured medium by highlighting the dynamic mixing between the phases, caused by the medium heterogeneity. Attention is focused on the influence of the capillarity. The two-scale homogenization is applied. The mixing is manifested in form of the hydrodynamic dispersion and renormalized advection. The dispersion tensor, determined by the cell problem, is a nonlinear function of saturation, flow velocity, viscosity ratio and capillary number. For a fractured medium the method of streamline configurations was advanced for a two- phase case. This method enables to obtain the dispersion tensor and the effective permeability in analytical form for periodic fractured networks or in semi-analytical form for random networks. The simulation of two- phase displacement based on the new model is performed

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Bouziani, Naceur. "Elaboration d'un modèle thermo-chimique de la matière cométaire : contribution à l'étude physico-chimique des milieux poreux hétérogènes." Université Joseph Fourier (Grenoble), 1995. http://www.theses.fr/1995GRE10190.

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Abstract:

Un des plus importants resultats obtenus lors du dernier passage de la comete p/halley est l'estimation de la densite moyenne du noyau. Cela a conforte les hypotheses emises depuis longtemps sur la nature et la structure interne poreuse des cometes. Ces dernieres sont considerees comme des melanges de glace (h2o, co, co2, hcn, et autres volatiles). Lorsqu'une comete s'approche du soleil, la chaleur qui augmente provoque la production gazeuse des volatiles. C'est au cours de cette course vers le soleil que le fameux phenomene cometaire (coma, gaz et queue de poussiere) s'offre a l'observation. Comment lier les abondances observees a la composition chimique interne du noyau cometaire ? au cours de ce memoire, nous tenterons de repondre a cette question en apportant notre contribution a l'elaboration d'un nouveau modele du materiau cometaire. Nous montrons que notre approche de modelisation ameliore considerablement l'effort consenti jusqu'alors dans ce domaine, par une meilleure prise en compte des differents processus mis en jeu dans ce materiau. De plus, la mise en evidence de l'interface (modelisation/simulations empiriques) permet de tirer partie, d'une maniere optimale, des differentes experiences de laboratoire

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Kamtchueng, Toko. "Formulation généralisée du transport réactif pour les modèles de réseaux de pores saturés en eau." Thesis, Orléans, 2016. http://www.theses.fr/2016ORLE2087/document.

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Abstract:

La protection et la remédiation des ressources en eau sont un enjeu sociétal majeur, ainsi il est nécessaire de comprendre l’évolution de solutés, tels les polluants, au sein de la zone saturée et non saturée. Dans ce but, de nombreux travaux ont été consacrés à la modélisation du transport réactif en milieux poreux. Son déroulement à l’échelle de Darcy dépend des hétérogénéités microscopiques du milieu. Les modèles de réseau de pores qui simplifient la géométrie en un ensemble de pores reliés par des liens de sections constantes, permettent de se placer à une échelle mésoscopique, faisant le lien entre l’échelle porale et l’échelle de Darcy. Sur de telles formes géométriques, l’écoulement admet un traitement analytique. En ce qui concerne le transport réactif des solutés, nous proposons une solution analytique dans les liens qui permet de calculer le débit de masse entre pores. Le modèle de transport se formule alors comme un système d’équations de Volterra de secondes espèces dont les noyaux de convolution sont des séries d’exponentielles décroissantes (hormis le premier terme qui est constant). Leurs temps de relaxation sont pilotés essentiellement par le temps de dispersion td. Dans la limite où td tend vers 0 à Péclet constant, les termes transitoires des noyaux se réduisent à un Dirac, débouchant sur un premier modèle simplifié à réponse instantanée c'est-à-dire un modèle de transport quasi-statique. Dans le cas où les volumes des pores sont suffisamment grands, les noyaux se réduisent à leur premier terme. Ces formulations du transport généralisent celles de la littérature. En particulier pour des Péclet petit ou grand on retrouve respectivement les modèles usuels en régime dispersif et convectif. Numériquement, la décroissance exponentielle des noyaux permet d’optimiser le calcul des convolutions avec une précision arbitrairement fixée, réduisant drastiquement le temps de résolution
Protection and remediation of ground water resources are a major societal challenge. It implies to understand the evolution of solutes as pollutant in the saturated and non-saturated zones. For that purpose numerous studies have been conducted for modeling the reactive transport in a porous media. At Darcy scale, the behavior of solutes depends on microscopic heterogeneity for the media. The Pore Network Models (PNM) simplifies drastically its geometry and considers pores linked by straight throats the section of which is constant. They give a description which is in between the macroscopic and the pore descriptions. With such geometry it is possible to use a Poiseuille flow modeling the flux. With respect to the reactiontransport equation, we seek the analytical solution of the CDE in throats, which in turn allows computing the mass flux in pores. The transport solution consists of a Volterra equation system. Its convolution kernels result in a summation of time function which is decreasing exponentially with time (except the first term which still constant). The time constant is driven by the diffusion time td. As td goes to zero, keeping the Peclet number fixed, each term of the summation reduces to a Dirac. The response of the system is then instantaneous. When the volume of the pore is large enough it is possible to neglect all the term of the kernel except the constant one. In the limit where the Peclet number goes to zero, usual models are recovered. Numerically, the exponential time decreasing of the kernel allow to optimize their computational time up to an arbitrary fixed precision

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Nardi, Cyril. "Evaluation de la mobilité d'un polluant organique en conditions triphasiques." Paris 6, 2006. http://www.theses.fr/2006PA066304.

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Zarcone, César. "Étude du couplage visqueux en milieu poreux : mesure des perméabilités relatives croisées." Toulouse, INPT, 1994. http://www.theses.fr/1994INPT128H.

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Abstract:

Les ecoulements diphasiques en milieu poreux sont generalement decrits en utilisant des lois simples de proportionnalite entre debit d'un fluide et gradient de pression dans ce fluide (lois de darcy generalisees). Il y a cependant couplage visqueux entre les deux fluides en ecoulement a l'interieur des pores ; ce qui se traduit par des equations couplees avec une matrice de permeabilite relative. La these presente une analyse des equations d'ecoulement couplees et la mesure de l'un des termes croise de permeabilite relative. Le principe de la mesure consiste a separer les fluides par des parois semi-permeables et a mesurer le debit d'un fluide induit par le debit de l'autre fluide (injecte avec une pompe ou par magnetohydrodynamique). Un terme croise de tres faible valeur (de l'ordre du millieme) est mesure pour le couple mercure/eau. Par contre, aucun entrainement n'est decele pour le couple huile/eau. La conclusion est que les termes croises peuvent etre negliges dans les equations de transport diphasiques en milieu poreux

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Chahlafi, Miloud. "Modélisation du rayonnement thermique dans un coeur de réacteur nucléaire dégradé en présence de vapeur et de gouttes d'eau." Phd thesis, Ecole Centrale Paris, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00649477.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse est de proposer une modélisation du rayonnement thermique dans un réacteur nucléaire au cours d'un accident grave conduisant à la dégradation des crayons combustibles. Un réacteur étant refroidi par de l'eau, le rayonnement se fait en présence de vapeur et de gouttes d'eau. Le modèle de rayonnement est construit à partir d'expériences de dégradation de crayons fossiles, réalisées sur le réacteur expérimental PHEBUS.Les configurations géométriques accidentelles de grappes de 21 crayons dégradés ont pu être caractérisées en trois dimensions à partir d'images issues de tomographies. Les propriétés radiatives homogénéisées de ces configurations ont été complètement caractérisées à partir de la fonction de distribution cumulée d'extinction Gext et de la fonction de phase de diffusion p. Ces fonctions ont été précisément calculées par une méthode de Monte Carlo. Gext, qui n'est pas de type exponentiel, ne suit pas la loi de Beer. p dépend fortement des angles d'incidence et de diffusion. A partir de l'équation de transfert radiatif généralisée à des milieux non Beeriens, introduite par Taine et al., un tenseur des conductivités radiatives a été déterminé par une méthode de perturbations, en supposant dans une première étape la phase fluide transparente. Les conductivités radiatives axiales et radiales ont été exprimées avec précision en fonction de la porosité, de la surface spécifique et de l'absorptivité locale du milieu poreux. Dans une deuxième étape, une équation de transfert radiatif à trois températures a été établie. Dans ce modèle, les effets de la phase fluide sur le rayonnement ont été couplés aux effets des parois. Les propriétés radiatives de la vapeur et des gouttes d'eau sont calculées en utilisant respectivement le modèle CK et la théorie de Mie, dans les conditions thermohydrauliques typiques des accidents de réacteur. Les flux radiatifs s'expriment en fonction de flux conductifs couplés caractérisés par des conductivités radiatives associées aux champs de températures de chaque phase. Les puissances volumiques échangées par rayonnement entre les phases sont aussi calculées à partir de ce modèle.

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Guerfi, Fayçal. "Modélisation et approche analytique des systèmes d'écoulements triphasiques compressibles en milieu poreux." Pau, 1989. http://www.theses.fr/1989PAUU3004.

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Combaret, Nicolas. "Construction d'un modèle de réseau de pores à partir d'une image 3D pour l'estimation de la perméabilité." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00802468.

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Abstract:

Cette thèse propose d'étudier en détail une méthode générale de construction d'un réseaude pores interconnectés à partir d'une image 3D d'un matériau poreux afin de calculer laperméabilité absolue. Un squelette de l'espace poral est tout d'abord utilisé pour définir laposition des pores. Ce squelette est transformé en graphe, puis plusieurs étapes de fusiondes nœuds sont réalisées pour obtenir un réseau exploitable. Une ligne de partage des eauxprenant comme marqueurs les nœuds du graphe permet d'attribuer une géométrie auxpores. Le système d'équation linéaire à résoudre est construit en intégrant les équations deStokes sur des éléments de l'espace poral. Une méthode originale de calcul du coefficient deproportionnalité existant entre les pressions au centre de deux pores et le débit traversantla surface les séparant est proposée. Une application de l'intégralité de l'approche estégalement présentée sur un matériau réel.

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Roudani, Cherkaoui. "Modélisation à l'échelle microscopique des transferts thermiques radiatifs en milieu poreux." Poitiers, 2008. http://theses.edel.univ-poitiers.fr/theses/2008/Roudani-Cherkaoui/2008-Roudani-Cherkaoui-These.pdf.

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Abstract:

L’étude de la combustion de combustibles solides (pour la production d’énergie mais aussi pour l’incinération de déchets), pour l’optimisation en termes de rendement et de réduction des émissions d’espèces nocives demande la prise en considération de tous les phénomènes énergétiques à l’échelle microscopique. Dans cette optique nous présentons un travail qui porte sur la caractérisation de l’incidence des échanges radiatifs sur les propriétés de transfert thermique des milieux poreux. Un outil de simulation 3d à l’échelle de microscopique, basé sur une méthode de Monte Carlo, a été mis en place. Il a ensuite été appliqué à la simulation du transfert par conduction et rayonnement à partir d’un grain source de chaleur au coeur de milieux poreux, en explorant une plage étendue de microstructures et de paramètres opératoires. Les résultats montrent que les transferts radiatifs peuvent avoir une influence considérable dans le processus de smoldering. La prise en compte du rayonnement dans une description macroscopique peut se faire par le biais d’une conductivité radiative équivalente, pour laquelle une modélisation en fonction de la température locale et de propriétés géométriques du milieu poreux est proposée
The study of solid fuel combustion (for energy production or for waste incineration), for optimization purposes in terms of efficiency or reduction of noxious species emissions, requires to take into account all the energetic processes on a microscopic scale. We aim here at characterizing the incidence of the radiative exchanges on the thermal transfer properties of porous media. A 3d simulation tool which operates on the microscopic scale, based on a Monte Carlo method, has been developed. It was then applied to the simulation of heat transfer by coupled conduction and radiation from a heated grain within in a porous medium. A wide range of microstructures and operating conditions has been investigated. The results show that radiative transfers can have a significant influence in the smoldering process. Radiation can be accounted for in a macroscopic description by the means of an equivalent radiative conductivity, for which a model is proposed, which depends only on the local temperature and on geometrical characteristics of the porous medium

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Nguyen, The Anh. "Acoustic waves in porous media : numerical study of wave propagation in porous media with one or many mineral components : applications to real Fontainebleau and STATOIL samples." Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066205/document.

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Abstract:

L’objectif de ma thèse est d'étudier la propagation des ondes acoustiques dans les milieux poreux. La théorie de l'homogénéisation (Boutin et Auriault, 1990; Malinouskaya, 2007; Li, 2010) est utilisée avec les modèles de réseaux tels que LBM, LSM, LSM2S, LBM-LSM, LBM-LSM2S. Ces modèles nous permettent de déterminer les propriétés macroscopiques, les vitesses acoustiques et les effets d'atténuation dans les échantillons Fontainebleau avec deux composants (pores et quartz) et les échantillons STATOIL avec trois composantes (pores, quartz et d'argile). La modélisation numérique vise à résoudre 3 problèmes. Le premier problème est la caractérisation des échantillons; par la détermination de la porosité et des fonctions de corrélation avec les composantes de Fourier correspondantes (Adler, 1992; Nguyen, 2013). Le second porte sur la propagation des ondes dans les échantillons secs; les vitesses sont dérivées du tenseur de rigidité efficace C(eff) qui peut être calculé par LSM (Pazdniakou, 2012) ou LSM2S. Le troisième problème correspond aux échantillons saturés par un fluide incompressible ou compressible; les vitesses sont obtenues par résolution de l'équation de Christoffel après les déterminations de C(eff), fr la perméabilité dynamique K et ses réactions à la pression de fluide α et β. Pour les échantillons de Fontainebleau, les calculs sont effectués avec des modèles pré-existents tels que LSM, LBM, LBM-LSM. Ces modèles de bases sont étendus pour milieux avec plusieurs composants solides; ils sont validés via des comparaisons avec d’autres méthodes (Nemat-Nasser et Iwakuma, 1982; Torquato, 1998, 2000; Cohen, 2004). Les vitesses, le module d’élasticité et cisaillement efficace de tous les échantillons secs ainsi que les vitesses et l'atténuation des ondes dans les échantillons saturés sont déterminés. Les séries de résultats obtenues concordent bien avec des corrélations empiriques et théoriques, tels que le modèle d’IOS d’ Arns (1996), les modèles empiriques de Nur et al. (1991), Krief (1990) et avec le modèle de Gassmann. Les résultats numériques sont un peu plus grands que les données expérimentales d’ Han (1986) et de Gomez et al. (2010); les raisons de cette petite différence ont été provisoirement analysées, mais sa cause n'a pas été identifiée sans ambiguïté
The purpose of this Ph.D. thesis is to study acoustic waves in porous media. The homogenization theory (Boutin and Auriault, 1990; Malinouskaya, 2007; Li, 2010) is used together with the lattice models such as LBM, LSM, LSM2S, LBM-LSM, LBM-LSM2S in order to determine the macroscopic properties, the acoustic velocities, the attenuation effects in Fontainebleau samples with two components (pore and quartz) and in STATOIL samples with three components (pore, quartz and clay). Three problems are studied numerically in this work. The first problem is devoted to characterizations of samples; this is done with the determination of the porosity and of the correlation functions with the corresponding Fourier components (Adler, 1992; Nguyen, 2013). The second one addresses wave propagation in dry samples; the velocities are derived from the effective stiffness tensor C(eff) which can be calculated by LSM (Pazdniakou, 2012) or LSM2S. The third one corresponds to samples saturated by incompressible or compressible fluids; the velocities can be obtained from the Christoffel equation after determining C(eff) , the dynamic permeability K and the reactions to fluid pressure α and β. For Fontainebleau samples, the calculations are performed with basic existing models such as LSM, LBM, LBM-LSM. These basic models are extended to solids with multiple components; they are validated by comparisons with others (Nemat-Nasser and Iwakuma, 1982; Torquato, 1998, 2000; Cohen, 2004). The velocities, the effective bulk and shear modulus of all the dry samples as well as the velocities and the attenuation effected in saturated samples are determined. These results are in good agreement compared with existing models and results, such as the IOS model of Arns (1996), the empirical models of Nur et al. (1991), Krief (1990) and with Gassmann’ s model. The numerical results are slightly larger than the experimental data of Han (1986) and Gomez et al. (2010); the origin of this small discrepancy has been tentatively analyzed, but its cause has not been unambiguously identified

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Boulos, Mario. "Déshydratation mécano-thermique d’un milieu poreux déformable : modélisation des transferts et développement d’outils de caractérisation adaptés." Thesis, Bordeaux 1, 2010. http://www.theses.fr/2010BOR14074/document.

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Abstract:

Ces travaux de thèse portent sur la caractérisation des milieux poreux fortement déformables afin de modéliser le transfert réalisé au cours du séchage. La théorie de consolidation de Biot traduit le couplage hydromécanique se produisant durant la déshydratation d’un milieu poreux déformable. Le modèle de Cáceres s’appuie sur cette théorie et sur la loi classique de Darcy. Il est adapté aux grandes déformations du squelette solide et utilise un tenseur de contraintes de décomposition Terzaghi. Une simulation de la déshydratation par l’intermédiaire de ce modèle nécessite au préalable le renseignement de celui-ci en termes de caractéristiques thermophysiques. Deux dispositifs expérimentaux ont été mis en place : l’un mesurant la relaxation de charge, l’autre réalisant la pressurisation dynamique (DP). La 1ère expérience nous a permis de caractériser la perméabilité, le coefficient de Poisson et le module d’Young en fonction de la teneur en eau du gel. La 2ème expérience a révélé l’importance de la prise en considération de la compressibilité de la phase solide dans la modélisation du séchage du gel d’agar ainsi que, la nécessité de corriger la valeur du module de compressibilité de l’eau contenant du gaz dissout. Suite à cette étape expérimentale, nous avons concentré nos efforts sur la modélisation liée à notre étude. Tout d’abord, la DP étant conforme à l’hypothèse de faibles déformations, un modèle numérique basé sur les équations de Biot a été réalisé afin de valider les paramètres mesurés et de corriger la valeur estimée de la perméabilité. Un second modèle traduit le couplage thermo-hydro-mécanique lors du séchage convectif d’un milieu poreux fortement déformable comme les gels d’agar et d’alumine. Ce dernier s’appuie sur la théorie de Biot et d’une part s’adapte aux fortes déformations et d’autre part utilise l’approche eulérienne. Ce modèle constitue donc un compromis entre les modèles de Biot et de Cáceres et s’appuie sur l’étude thermodynamique de Coussy ce qui est une avancée dans la modélisation des gels déformables
This thesis focuses on the characterization of strongly deformable porous media in order to model the transfer taking place during drying. The theory of consolidation of Biot reflects the hydro-mechanical coupling occurring during dehydration of a deformable porous medium. Cáceres developed a model based on this theory and on the classical Darcy’s law. It is suitable for large deformations of the solid skeleton and the stress tensor is decomposed according to the so-called Terzaghi’s principle. A simulation using this model requires the information in thermo-physical terms of characteristics. Two experimental setups were developed : one measuring the relaxation charge, the other called dynamic pressurization (DP). The first experiment allowed us to characterize the permeability, Poisson’s ratio and Young’s modulus as functions of water content of the gel. The second experiment showed the importance of taking into account the compressibility of the solid phase in the modeling of the drying of agar gel as well as the effect of the existence of bubbles on the bulk modulus of the water. The establishment of two models followed this experimental study. First, the DP is consistent with the hypothesis of small deformations, a numerical model based on Biot’s equations was carried out to validate the parameters measured and to correct the estimated value of the permeability. A second model reflects the thermo-hydro-mechanical coupling in the convective drying of highly deformable porous media such as agar gel and alumina. The latter is based on the Biot’s theory and on the thermodynamics study of Coussy. It uses the Euler’s method while staying adapted to large deformations

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Diallo, Ouaténi. "Modélisation et simulation numérique de résines réactives dans un milieu poreux." Lyon 1, 2000. http://www.theses.fr/2000LYO10027.

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Abstract:

Dans cette thèse on s'intéresse au remplissage d'un moule parallélépipédique par un fluide visqueux themodurcissable. Dans un premier temps, on suppose que le moule ne contient aucun matériau avant l'injection du fluide. Dans ce cas l'écoulement du fluide est régi par les équations de Stokes. Mais il se peut aussi qu'un matériau perméable soit préalablement disposé dans le moule (on parle alors d'un milieu poreux). L'écoulement est alors gouverné par l'équation de Darcy. Pour suivre le front de matière, nous utilisons la méthode de pseudo-concentration qui consiste à déterminer l'interface par l'introduction d'une fonction S appelée fonction de pseudo-concentration, solution d'une équation aux dérivées partielles de type hyperbolique : [dérivée partielle de S] sur [dérivée partielle de t] + u. [gradiant de S] =0. Cette équation est appelée équation de transport de S. Puisqu'on utilise un moule d'épaisseur trop petite devant les autres dimensions, on ramène le problème tridimensionnel d'origine à un problème bidimensionnel en utilisant une méthode de réduction de dimension par projection. On obtient un problème du même type écrit dans un espace de dimension inférieure. Le problème de transport advectif ci-dessus est transformé en un problème diffusif et les variables d'espace et de temps traitées de manière équivalente. Pour la résolution numérique on utilise une méthode d'éléments finis et une méthode de marche. Le problème global à résoudre consistera à coupler le problème de transport diffusif avec le problème de Stokes (cas du milieu non poreux) ou avec l'équation de Darcy (cas du milieu poreux). Les résultats que nous avons obtenus sont comparés à des résultats expérimentaux. Enfin, nous proposons un estimateur d'erreur a posteriori de type résiduel pour le problème de transport diffusif à partir de deux formulations variationnelles : l'une de Galerkin et l'autre de Petrov-Galerkin

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Ghidouche, Hamid. "Etude mathématique de modèles de changement de phase dans les milieux dissipatifs et dans un milieu poreux saturé." Paris 13, 1990. http://www.theses.fr/1990PA132008.

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Abstract:

Ce travail est consacré à l'étude de différents systèmes d'équations d'évolution non linéaires modélisant des phénomènes de transition de phase. Les problèmes considérés ont tous en commun le fait d'être décrit par des operateurs non linéaires et non bornes et le cas échéant multivalues. Les chapitres un et deux sont consacres aux changements de phase dans les milieux dissipatifs incluant les phénomènes d'irréversibilité, le retard au changement de phase, le comportement des matériaux a mémoire de forme. Des résultats d'unicité et d'existence de solutions ont été obtenus. Le chapitre trois concerne l'évolution d'un front de gel dans un sol sature d'eau. Il s'agit d'un problème de frontière libre pour lequel nous donnons des théorèmes d'existence. Nous décrivons assez précisément les nuages, c'es-a-dire les zones ou la température est a zéro degré et ou coexistent la glace et l'eau

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Amiell, Patrick. "Ecoulements diphasiques gaz-liquide en milieu poreux : etude sur modele physique d'aquifere monoclinal." Paris, ENMP, 1988. http://www.theses.fr/1988ENMP0101.

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Ouartassi, Bajil. "Etude numérique de la dynamique des transferts couplés au sein d'un milieu poreux." Thesis, Nancy 1, 2009. http://www.theses.fr/2009NAN10039/document.

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Abstract:

Le mémoire constitue un développement de méthodes numériques de résolution d’équations différentielles de bilans et d’optimisation de paramètres appliqué à des problèmes de transferts simultanés de matière et / ou de chaleur au sein d’un milieu poreux naturel, le bois. En dehors d’une présentation générale des méthodes numériques de résolution d’équations différentielles, d’équations aux dérivées partielles et d’optimisation à n paramètres, certaines de ces méthodes sont développées au niveau de deux procédés physico-chimiques étudiés expérimentalement au sein du LERMAB. La première application porte sur la dynamique du transfert isotherme de l’eau lors du séchage du bois dans son domaine hygroscopique. Les modélisations envisagées permettent de montrer que pour certaines essences de bois, les transferts diffusionnels de l’eau en phase gazeuse et en phase adsorbée ne se font pas nécessairement dans des conditions où l’équilibre thermodynamique entre les deux phases est assuré. La deuxième application porte sur la modélisation de la pyrolyse douce d’avivés du bois chauffés par conduction entre deux plaques dont les températures varient entre 150°C et 240°C. Les courbes donnant la température au sein de l’avivé et la perte de masse sont bien représentées à l’aide des modèles cinétiques et de transfert proposés. Toutefois cette application permet de mettre en évidence les limites des méthodes d’optimisation en présence d’un nombre élevé de paramètres à déterminer dont certains sont couplés
This thesis is a development of numerical methods for solving differential equations of balance sheets and optimization settings applied to problems of simultaneous transfers of mass and / or heat in a porous medium such as natural wood materiel. Based on the overview of numerical methods for solving differential equations, and partial differential equations for n parameters optimization, some of these methods are developed for two physical and chemical processes and examined for different practical experiments carried out in LERMAB laboratory. The first application focuses on the dynamics of isothermal transfer of water during the wood frying in the hygroscopic field. In this case the proposed modeling can show that for certain wood species, diffusionnels transfers of water in the gas phase and adsorbed phase are not necessarily realized under conditions where thermodynamic equilibrium between the two phases is provided. The second application focuses on modeling the slow pyrolysis of wood spices heated by conduction between two plates which temperatures varies between 150 ° C and 240 ° C. The curves giving the temperature in the heightened and the loss of mass are well represented by the proposed kinetic and transfer models. However, this application allows highlighting the limits of optimization methods in the presence of a large number of parameters to determine some of them are coupled

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Fontaine, Vincent. "Quelques méthodes numériques robustes pour les modèles de transfert diffusif en milieu poreux." La Réunion, 2008. http://elgebar.univ-reunion.fr/login?url=http://thesesenligne.univ.run/08_17-fontaine.pdf.

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Abstract:

Cette thèse est consacrée à la résolution numérique des équations de diffusion régissant quelques-uns des nombreux processus de transfert de masse en milieu poreux. La méthode des éléments Finis Mixtes, plus précisément sa variante hybride, et la méthode des Volumes Finis Multipoints semblent particulièrement appropriées à ce type de problème puisqu'elles offrent une approximation simultanée de la variable d'état et des flux de masse. De plus, ces méthodes sont localement conservatives et elles manipulent aisément les maillages destructurés ainsi que les hétérogénéités et discontinuités présentes au sein du milieu. Dans la pratique, on privilégie le plus souvent les méthodes mixtes de plus bas degré utilisant des fonctions de base de Raviart-Thomas ou de Brezzi-Douglas-Marini afin de minimiser les coûts en temps-calcul. La méthode des Volumes Finis Multipoints est décrite dans l'espace physique et dans l'espace de référence pour différentes localisations des points de quadrature. Une nouvelle approche construite à partir d'une trame mixte et utilisant une technique de réduction multipoint est également étudiée dans ce travail. Nous établissons quelques liens entre cette nouvelle formulation mixte et la méthode des Volumes Finis Multipoints pour des grilles triangulaires ou quadrangulaires. Les différents tests numériques réalisés en milieux fortement hétérogènes et anisotropes montrent la supériorité de cette nouvelle approximation
In this dissertation, our focus is on the well-known class of elliptic/parabolic boundary value problems, namely the second order diffusion equation, usually used to model mass transfer in porous media. We discuss the Mixed Finite Element (MFE) methods and its hybridization technique and families of flux-continuous schemes referred in the literature as Multi-Point Flux Approximation (MPFA) methods. MFE and MPFA methods are well suited for the resolution of this prototype equation since both approaches are locally conservative, handle easily unstructured grids and heterogeneous / discontinuous media. Low order MFE methods are considered in this work using either finite elements of Raviart-Thomas or Brezzi-Douglas-Marini. The family of flux-continuous schemes is presented in the physical space and reference space, and has been performed for a large range of quadrature points. Motivated by MPFA formulation, a Multipoint version of Mixed Finite Element (MPMFE) method that reduces to cell-centered finite differences is investigated on quadrilateral and simplicial grids that performs well for discontinuous full tensor coefficients. The link between MPMFE and MPFA formulations is show algebraically for the lowest order finite elements of Raviart-Thomas and of Brezzi-Douglas-Marini. The different tests carried out in anisotropic and heterogeneous media show the computational superiority of the MPMFE approximation

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Muca, Lamy Edvina. "Ecoulement et transfert colloïdal dans des matrices hétérogènes et stratifiées : Application à des milieux poreux modèles." Phd thesis, Ecole centrale de nantes - ECN, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00363379.

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Abstract:

L'objectif de ces travaux de thèse est d'étudier l'effet de l'hétérogénéité du milieu poreux et de la stratification sur l'écoulement et le transfert colloïdal par des expériences de traçage non réactif et d'injection d'une suspension colloïdale en colonnes de laboratoire. Cette étude a été appliquée à des milieux à double porosité naturelle (milieu granulaire) et artificielle (sable avec macropore artificiel) en conditions saturées et non saturées. L'effet de la stratification de deux milieux a été étudié par amendement avec un géotextile. La modélisation numérique a été utilisée pour proposer et valider un modèle conceptuel d'écoulement et de transfert dans un milieu sableux rendu hétérogène par introduction d'un macropore artificiel ainsi qu'un modèle d'influence de la stratification. Les résultats expérimentaux et la modélisation ont permi de mettre en évidence l'effet de la stratification comme réducteur du rôle joué par la macroporosité. Alors qu'en conditions non saturées, la stratification n'induit aucune modification de l'écoulement, en saturé, elle réduit les écoulements et les transferts préférentiels au sein de la macroporosité en favorisant la redistribution de l'eau et des solutés de la macroporosité vers la microporosité au droit de la strate. Une des applications pratiques de ce travail concerne la réduction du transfert colloïdal, potentiellement vecteur de pollution, par l'introduction de géotextiles dans le sol des bassins d'infiltration.

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Belloni, Julien. "Modélisation des phénomènes de dissolution lors des phases précoces et avancées d'un accident grave de réacteur nucléaire." Phd thesis, Ecole Centrale Paris, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00453295.

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Abstract:

Cette thèse porte sur la modélisation des phénomènes de dissolution lors de la phase précoce d'un accident grave de réacteur nucléaire. L'étude s'intéresse à la dissolution de céramiques solides (ZrO2 et UO2) par un métal liquide (Zr). En cas d'hypothétique accident grave dans un Réacteur à Eau Pressurisée, les phénomènes de dissolution jouent un rôle primordial dans l'aggravation de la dégradation et la fusion des oxydes à des températures parfois largement inférieures à leur température de fusion normale. Cela concerne en particulier les principaux constituants des crayons combustibles : les pastilles d'UO2 ainsi que la couche de ZrO2 formée sur la surface externe de la gaine qui vont subir une dissolution par le zircaloy des gaines à partir de 2100 K (la température de fusion de ces oxydes étant supérieure à 2800 K). Dans l'état actuel des connaissances, on peut supposer que les phénomènes de dissolution sont responsables, d'une part, de l'effondrement prématuré des crayons combustibles dans le cœur et, d'autre part, de la formation rapide d'un bain liquide en fond de cuve si des oxydes de fer sont présents. De nombreuses études expérimentales ont été menées sur ce sujet mais la modélisation n'est pas encore satisfaisante à ce jour. Les modèles actuels sont essentiellement des modèles 1D qui ne prennent pas en compte de façon explicite la convection naturelle ni la présence d'une zone de transition diphasique au niveau de l'interface métal / céramique. Un modèle 2D, décrivant les transferts de quantité de mouvement, de chaleur et de masse, établi par prise de moyenne volumique des équations microscopiques de transport a été développé. Ce modèle est basé sur des hypothèses d'équilibre thermique local et de non-équilibre massique local et s'inspire d'un modèle de solidification de mélanges binaires (P. Bousquet-Mélou, 2000). Sur le plan théorique, l'approche est identique. Cependant, la dissolution introduit des contraintes physico-numériques supplémentaires qu'il a fallu prendre en compte. La prise en compte des deux aspects mentionnés (convection et zone diphasique) constitue une nouveauté significative par rapport aux modèles existants. Le modèle a été ensuite étendu au cas ternaire grâce à des développements nouveaux permettant de résoudre certaines difficultés supplémentaires (ajout d'une équation d'espèce, relations d'équilibre non bijectives, plusieurs coefficients de diffusion à déterminer, indétermination sur les flux à l'interface, densité du solide non constante...) afin d'étudier la dissolution UO2 / Zr. Une validation des modèles obtenus est faite à partir de résultats expérimentaux de dissolution de creusets en ZrO2 et UO2 par le zircaloy liquide et montrent la bonne qualité prédictive de notre modèle.

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Malachanne, Etienne. "Modèle du remodelage osseux prenant en compte la phase fluide." Montpellier 2, 2008. http://www.theses.fr/2008MON20222.

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L'os est un matériau en évolution permanente, la modification de l'architecture osseuse étant liée aux actions mécaniques externes qui lui sont appliquées. Ce phénomène, le remodelage osseux, est décrit mathématiquement par des lois liant la contrainte ou la déformation, et la variation de densité osseuse. Par ailleurs l'os est un milieu poreux, composé d'une partie fluide, d'une partie solide et d'intéractions entre elles. L'influence du fluide interne de l'os sur le remodelage est non négligeable. L'objectif de ce travail est de proposer un modèle numérique macroscopique de remodelage osseux, tenant compte des mouvements de fluide interne. Pour cela l'os est considéré, dans cette étude, comme un matériau poroélastique. Une méthode de résolution numérique du problème poroélastique, basée sur les éléments finis, est alors définie. Cette résolution est suivie d'un traitement numérique d'une loi de remodelage osseux, liant variation de densité osseuse et cumul de contrainte, et tenant compte des mouvements de fluide interne à travers la vitesse de Darcy. Ce modèle numérique est validé sur des études expérimentales, et il permet d'obtenir une prédiction de l'adaptation osseuse, selon le type d'os et le cas de chargement considérés

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BONNEFOY, Olivier. "Influence des cristaux d'hydrates de gaz ou de glace sur la perméabilité d'un milieu poreux." Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00009658.

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Abstract:

La première partie est une étude bibiographique. Nous étudions les conditions thermodynamiques de stabilité des hydrates dans un milieu bulk et la composition des phases solide et liquide. Nous décrivons ensuite les écoulements dans les milieux poreux. Enfin, nous fusionnons les deux approches en étudiant l'influence du confinement sur la stabilité des hydrates. Un champ offshore (Blake Ridge) et un champ on-shore (Mallik) sont décrits dans le détail. Ce dernier servira de base aux simulations numériques ultérieures.

La deuxième partie est consacrée aux expériences. Leur but est de mesurer la perméabilité d'un sédiment contenant des cristaux. Pour nous rapprocher des conditions géologiques naturelles, les cristaux sont réalisés en l'absence de phase gazeuse. Il s'avère que les hydrates se forment de manière très hétérogène dans le milieu poreux et ceci rend les mesures non représentatives. Nous pensons que ce résultat est général et qu'à l'échelle de temps du laboratoire, la formation d'hydrates de gaz répartis uniformément dans un milieu poreux est très difficile. Pour contourner cette difficulté, nous montrons de manière théorique que les cristaux de glace ont un comportement analogue aux cristaux d'hydrate (du point de vue des forces de Van der Waals qui gouvernent l'agglomération). Ceci nous permet de calculer la constante de Hamaker des hydrates. La deuxième série d'expériences s'intéresse donc à la perméabilité d'un milieu poreux non consolidé et sous contrainte dont les pores sont occupés par des cristaux de glace. Deux populations de grains de silice sont utilisées pour former le milieu poreux : 3 mm et 200 microns. Avec les gros grains, les résultats font apparaître deux seuils : pour des saturations plus faibles que le seuil inférieur, la présence des cristaux n'affecte pas la perméabilité. Pour des saturations plus grandes que le seul supérieur, la perméabilité est quasiment nulle (phénomène de percolation). Entre les deux, la perméabilité décroît exponentiellement en fonction de la saturation. Avec les grains fins, la perméabilité décroît avec la même vitesse.

La dernière partie est une étude numérique sur le champ Mallik. Après avoir posé les équations décrivant les transferts massiques et de chaleur dans l'espace et au cours du temps, nous étudions un cas limite unidimensionnel. Ceci nous permet de voir l'influence de la courbe 'Perméabilité = f(saturation)' obtenue expérimentalement sur la quantité de gaz produite. Le code proposé permet également d'évaluer différents scénarios de production, dont la dépressurisation assistée par formation de glace.

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Nguyen, The Anh. "Acoustic waves in porous media : numerical study of wave propagation in porous media with one or many mineral components : applications to real Fontainebleau and STATOIL samples." Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2015. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2015PA066205.pdf.

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Abstract:

L’objectif de ma thèse est d'étudier la propagation des ondes acoustiques dans les milieux poreux. La théorie de l'homogénéisation (Boutin et Auriault, 1990; Malinouskaya, 2007; Li, 2010) est utilisée avec les modèles de réseaux tels que LBM, LSM, LSM2S, LBM-LSM, LBM-LSM2S. Ces modèles nous permettent de déterminer les propriétés macroscopiques, les vitesses acoustiques et les effets d'atténuation dans les échantillons Fontainebleau avec deux composants (pores et quartz) et les échantillons STATOIL avec trois composantes (pores, quartz et d'argile). La modélisation numérique vise à résoudre 3 problèmes. Le premier problème est la caractérisation des échantillons; par la détermination de la porosité et des fonctions de corrélation avec les composantes de Fourier correspondantes (Adler, 1992; Nguyen, 2013). Le second porte sur la propagation des ondes dans les échantillons secs; les vitesses sont dérivées du tenseur de rigidité efficace C(eff) qui peut être calculé par LSM (Pazdniakou, 2012) ou LSM2S. Le troisième problème correspond aux échantillons saturés par un fluide incompressible ou compressible; les vitesses sont obtenues par résolution de l'équation de Christoffel après les déterminations de C(eff), fr la perméabilité dynamique K et ses réactions à la pression de fluide α et β. Pour les échantillons de Fontainebleau, les calculs sont effectués avec des modèles pré-existents tels que LSM, LBM, LBM-LSM. Ces modèles de bases sont étendus pour milieux avec plusieurs composants solides; ils sont validés via des comparaisons avec d’autres méthodes (Nemat-Nasser et Iwakuma, 1982; Torquato, 1998, 2000; Cohen, 2004). Les vitesses, le module d’élasticité et cisaillement efficace de tous les échantillons secs ainsi que les vitesses et l'atténuation des ondes dans les échantillons saturés sont déterminés. Les séries de résultats obtenues concordent bien avec des corrélations empiriques et théoriques, tels que le modèle d’IOS d’ Arns (1996), les modèles empiriques de Nur et al. (1991), Krief (1990) et avec le modèle de Gassmann. Les résultats numériques sont un peu plus grands que les données expérimentales d’ Han (1986) et de Gomez et al. (2010); les raisons de cette petite différence ont été provisoirement analysées, mais sa cause n'a pas été identifiée sans ambiguïté
The purpose of this Ph.D. thesis is to study acoustic waves in porous media. The homogenization theory (Boutin and Auriault, 1990; Malinouskaya, 2007; Li, 2010) is used together with the lattice models such as LBM, LSM, LSM2S, LBM-LSM, LBM-LSM2S in order to determine the macroscopic properties, the acoustic velocities, the attenuation effects in Fontainebleau samples with two components (pore and quartz) and in STATOIL samples with three components (pore, quartz and clay). Three problems are studied numerically in this work. The first problem is devoted to characterizations of samples; this is done with the determination of the porosity and of the correlation functions with the corresponding Fourier components (Adler, 1992; Nguyen, 2013). The second one addresses wave propagation in dry samples; the velocities are derived from the effective stiffness tensor C(eff) which can be calculated by LSM (Pazdniakou, 2012) or LSM2S. The third one corresponds to samples saturated by incompressible or compressible fluids; the velocities can be obtained from the Christoffel equation after determining C(eff) , the dynamic permeability K and the reactions to fluid pressure α and β. For Fontainebleau samples, the calculations are performed with basic existing models such as LSM, LBM, LBM-LSM. These basic models are extended to solids with multiple components; they are validated by comparisons with others (Nemat-Nasser and Iwakuma, 1982; Torquato, 1998, 2000; Cohen, 2004). The velocities, the effective bulk and shear modulus of all the dry samples as well as the velocities and the attenuation effected in saturated samples are determined. These results are in good agreement compared with existing models and results, such as the IOS model of Arns (1996), the empirical models of Nur et al. (1991), Krief (1990) and with Gassmann’ s model. The numerical results are slightly larger than the experimental data of Han (1986) and Gomez et al. (2010); the origin of this small discrepancy has been tentatively analyzed, but its cause has not been unambiguously identified

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Batany, Stéphane. "Influence d’un macropore sur l’écoulement et le transport de solutés en milieu poreux : expérimentations sur sol modèle macroporé et simulations numériques." Thesis, Paris Est, 2016. http://www.theses.fr/2016PESC1085/document.

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La modélisation des écoulements et du transport dans les milieux poreux est un domaine actif pour, notamment, progresser dans la compréhension du transfert des polluants dans les sols. Les sols présentent fréquemment des hétérogénéités comme des macropores (provoqués par la faune, la flore ou des fissures) et un certain nombre de modèles numériques utilisent les concepts de double ou de multi-perméabilité pour tenir compte de tous les types d’écoulements susceptibles de coexister dans de tels systèmes. Cependant, les modèles classiques semblent sous-estimer l’effet de la macroporosité sur l’écoulement et le transfert préférentiels et restreindre la zone d’écoulement préférentiel au seul volume occupé par la macroporosité. Diverses études expérimentales antérieures à cette thèse ont questionné cette hypothèse. Cette étude se propose de comprendre l’établissement de l’écoulement et du transport préférentiel et en particulier les mécanismes d’échange d’eau et de masse entre un macropore et une matrice poreuse environnante en condition saturée. Pour cela, des traçages de l’eau sont réalisés pour un milieu poreux modèle constitué de billes de verre, traversé par un macropore synthétique et mis en place en colonnes de laboratoire. Elution et transfert dans les colonnes sont caractérisés par suivi de la concentration en sortie et par imagerie par résonance magnétique. Un modèle numérique développé sur la base de la méthode de Boltzmann sur réseau est utilisé pour simuler numériquement des écoulements dans un système macroporé et identifier les mécanismes d’écoulements préférentiels à l’échelle de pores. Les données expérimentales montrent que le transfert du traceur est fortement dépendant du débit d’injection ainsi que du coefficient de diffusion dans l’eau. À fort débit, le transfert semble s’effectuer exclusivement dans le macropore, avec très peu d’échange avec la matrice. Pour des débits plus faibles, la percée présente une inflexion suivie d’un pic. Les images IRM montrent alors un échange significatif de traceur entre le macropore et la matrice poreuse environnante. Les simulations numériques sont utilisées pour calculer le champ de vitesse de l’écoulement dans le système en fonction du débit. Les modélisations numériques montrent que l’écoulement préférentiel est étendu dans la matrice poreuse sur une zone de même dimension que le diamètre moyen des grains indépendamment de la taille du macropore et du débit, dans la gamme de débits simulés. Ces résultats expérimentaux et numériques montrent que l’influence du macropore sur les transferts doit être étendue dans la matrice poreuse sur une zone de la taille des grains pour l’écoulement et sur une zone dépendant du coefficient de diffusion du traceur ainsi que du temps de séjour moyen de celui-ci pour le transfert des solutés
Flow and transport modeling through porous media is of primary concern nowadays, especially in order to progress in the understanding of pollutant transfers through soils. Soils present frequently heterogeneities such as macropores (caused by fauna, flora or cracks) and several numerical models use double or multi permeability concepts in order to take into account all flow types that may exist in such porous systems. Nevertheless, classical models seem underestimate the macropore effect on preferential flow and transport by restricting the preferential flow zone only to the volume occupied by the macroporosity. Various experimental studies prior to this thesis have questioned this hypothesis. This study proposes to understand the establishment of preferential flow and transport and in particular the mechanism of flow and solute exchanges between a synthetic macropore and a surrounding porous matrix in saturated condition. For this purpose, water tracing are realized for a model porous media constituted by glass beads, crossed by a synthetic macropore and implemented in laboratory columns. Breakthrough and transport in columns are characterized by monitoring the concentration at the end of the column by magnetic nuclear resonance. A numerical model developed on the basis of lattice-Boltzmann method is used to simul ate flow in macroporous system and identify preferential flow mechanisms at pore scale. Experimental data show that tracer transport is strongly dependent on injection flow rate and the diffusion coefficient in water. At high flow rate, the transport seems to occur exclusively in the macropore, with very little masse exchange with the porous matrix. At lower flow rates, the breakthrough exhibits an inflexion followed by a peak. The MRI images show a significant mass exchange of tracer between the macropore and the surrounding porous matrix. The numerical simulations are used to calculate the flow field in a porous system as a function of flow rate. They show that preferential flow is extended in porous matrix into a zone of same dimension the mean diameter of beads regardless of macropore size or injected flow rate, in the range of simulated flow rates. These experimental and numerical results show that macropore influence on transport should be extended through the surrounding porous matrix into a zone of the same size of grains diameter for flow and into a zone depending on diffusion coefficient as well as mean residence time of the studied tracer for solute transport

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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.

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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 numériques
This 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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Dissertations / Theses on the topic 'Modèle de milieu poreux'

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