Дисертації: "Diffusion en milieux poreux"

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Logvinova, Kira. "Modèles mathématiques pour la diffusion en milieux poreux hétérogènes." Avignon, 2005. http://www.theses.fr/2005AVIG0501.

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MAMMAR, BENSAKHRIA NASSIMA. "Conductivite, permeabilite et diffusion dans des milieux poreux finement divises." Paris 6, 1997. http://www.theses.fr/1997PA066689.

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Анотація:

L'objectif de cette recherche est l'etude des proprietes de transport de milieux poreux modeles (le mica muscovite et la montmorillonite sodique) et son extension a un milieu naturel : l'argilite de l'est, pour une eventuelle utilisation comme barriere de confinement pour les dechets radioactifs. Une analyse detaillee des materiaux modeles a ete effectuee (structure et dimension des grains de ces materiaux). Les particules de mica muscovite semblent etre plus chargees que celles de montmorillonite sodique. La conductivite electrique et la permeabilite de ces deux materiaux ont ete mesurees en fonction de la pression de compactage et de la concentration en sel. Les resultats de la conductivite electrique montrent une bonne concordance avec ceux des calculs numeriques effectues sur des empilements aleatoires de particules de diverses formes ainsi que ceux de la litterature et peuvent etre rassembles par la loi d'archie. Les resultats de permeabilite a l'eau ont montre un effet plus important pour le mica que pour la montmorillonite. Une etude des transferts de masse par diffusion de solutions electrolytiques de chlorure de sodium et de potassium sur ces materiaux modeles a ete realisee. La comparaison des facteurs de formation electrique et diffusif a montre un meilleur accord avec le mica. Les memes essais ont ete effectues sur un materiau naturel (l'argilite de l'est fourni par l'andra), conditionne sous differentes formes (poudre et pastille). Les memes conclusions sur les materiaux modeles ont ete obtenues sur ce materiau naturel. Les facteurs de formation electrique et diffusif sont en moins bon accord que ceux des materiaux modeles. A meme difference de concentration en nacl et en nai, les valeurs des facteurs de formation diffusif du nacl sont beaucoup plus elevees que celles obtenues avec du nai, ce qui est sans doute lie aux proprietes selectives de l'argilite.

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Dabat, Thomas. "Anisotropie des milieux poreux argileux et implication sur la diffusion de l'eau." Thesis, Poitiers, 2019. http://www.theses.fr/2019POIT2277/document.

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Анотація:

Les minéraux argileux sont omniprésents à la surface de la Terre. Leur forme plaquettaire et leur taille le plus souvent (sub)micrométrique en font des composants influençant, entre autres, la perméabilité et la capacité d’échange ionique des sols et des roches. L’étude des milieux poreux argileux est ainsi d’importance notamment pour l’exploitation et la préservation de ressources naturelles, le suivi de polluants ou encore le stockage de CO2. Si les propriétés physico-chimiques des surfaces argileuses contrôlent les processus d’adsorption-désorption de l’eau et des ions, la porosité et l’anisotropie du réseau poral gouvernent les processus de diffusion au sein des milieux poreux argileux. Dans ce contexte, le travail présenté dans ce mémoire de thèse se focalise sur la caractérisation de l’orientation des particules argileuses, et son influence sur l’anisotropie des propriétés de diffusion de l’eau dans le réseau poral. Une première partie de ce manuscrit regroupe des analyses systématiques de l’organisation des particules argileuses dans des milieux poreux modèles et naturels variés. Tout d’abord, une étude de milieux poreux modèles simulés et expérimentaux composés de disques sédimentés, monodisperses en taille, a mis en évidence une relation simple entre l’anisotropie d’orientation des particules et l’anisotropie de la phase porale. Puis, une étude de l’orientation préférentielle des particules argileuses dans des milieux poreux expérimentaux composés de minéraux argileux purs a été réalisée pour des compositions minéralogiques et des modes de dépôt variés. Une généralisation de la description des fonctions de distribution d’orientation des particules argileuses a été proposée et appliquée avec succès à trois milieux poreux naturels. Ces résultats visent ainsi à faciliter la prise en compte de l’orientation préférentielle des particules argileuses dans la description géométrique des milieux poreux argileux. La seconde partie de ce mémoire de thèse tente de faire le lien entre l’anisotropie de la phase solide, telle que décrite précédemment par l’orientation préférentielle des particules, et les prédictions de diffusion de l’eau dans ces milieux poreux argileux. Une première étude couplant des simulations numériques et des mesures expérimentales a été réalisée pour des milieux de kaolinite ayant des anisotropies contrastées, tout autre paramètre égal par ailleurs (porosité du milieu, taille et forme des particules). Les résultats montrent une évolution d’un facteur 2 du coefficient de diffusion de l’eau dans la direction longitudinale par rapport à l’axe de compaction et une évolution de l’anisotropie de diffusion d’une valeur de 1 (isotrope) à environ 5 (le plus anisotrope mesuré). Des mesures complémentaires ont ensuite permis d’établir une loi d’Archie modifiée prédisant le coefficient de diffusion de l’eau à partir du couple porosité/orientation des particules pour une gamme de porosité de 30 à 60%. Ces résultats visent à faciliter la prise en compte de l’orientation des particules argileuses dans les modèles de diffusion macroscopique de l’eau. En parallèle, l’influence d’un gradient de salinité et les rôles des porosités interfoliaire et interparticulaire sur la dynamique de l’eau et des ions Na+ et Cl- au sein de milieux de vermiculites (milieu chargé à double porosité) ont été analysés pour des organisations de particules connues
Clay minerals are ubiquitous at the surface of the Earth and can influence, among other properties, the permeability and the ionic exchange properties of soils and rocks due to their platy shape and their most often (sub)micrometric size. Thus, studying clay porous media is of prime importance for different research fields such as: the exploitation and conservation of natural resources, the tracking of pollutants or CO2 storage. While the physicochemical properties of the surface of clay minerals control the adsorption-desorption mechanisms of water and ions, it is the porosity and the anisotropy of the poral network that govern diffusion phenomenon within clay porous media. In this respect, the work presented in the following doctoral thesis focuses on the characterization of clay particle orientation and its influence on anisotropic diffusion properties of water in the associated pores. A first part of this manuscript gathers systematic structural analyses of various model and natural samples. One study presents the analyze of experimental and simulated stackings made from sedimented discs with a unique particle size. Results underlined a simple correlation between the particle orientation anisotropy and the poral network anisotropy. Then, an other study was performed on experimental media made of pure clay minerals for various mineralogical compositions and various preparation methods. Based on this data, a reference function was proposed to describe the experimental orientation distribution functions and was successfully applied to three natural porous media. These results aim to facilitate and improve the description of the preferential orientation of clay particles as part of a geometrical characterization of clay porous media. A second part of this manuscript try to describe the link between the anisotropy of the solid phase, previously characterize by the particle orientation, and the prediction of water diffusion coefficients in these clay porous media. A study using both simulated and experimental media was performed on kaolinite porous media presenting contrasted anisotropy and with all other parameters held equal (porosity of the medium, size and shape of particles). Results show a variation of water diffusion coefficients with a factor 2 in the longitudinal direction, compared to the compaction axis, and an anisotropic diffusive ratio varying from 1 (isotropic) to almost 5 (most anisotropic medium analyzed). Then, complementary measures allowed establishing a modified version of Archie’s law that predicts water diffusion coefficients from the porosity/particle orientation couple for a range of porosity of 30-60%. These results aim to improve the description of the orientational anisotropy of clay particles in macroscopic diffusion models of water. Simultaneously, the influence of a salinity gradient and the roles of interparticular and interfoliar porosities are discussed for the diffusion of water, Na+, and Cl- within vermiculite media (charged media with double porosity) for known structural organizations

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Eriksen, Fredrik. "Ecoulements dans des fractures et milieux poreux en évolution." Thesis, Strasbourg, 2017. http://www.theses.fr/2017STRAH001/document.

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Анотація:

Cette thèse est une étude expérimentale de la transformation lente et rapide d’un milieu poreux sous l’action de l’écoulement d’un fluide. Le processus rapide est une déformation mécanique avec formation de canaux en raison de la forte pression du fluide, alors que le processus lent correspond à l’évolution chimique des fractures. L’étude de la déformation rapide est effectuée grâce à l’injection d’air à pression constante dans un milieu granulaire sec ou saturé. Par des techniques d’imagerie nous avons pu caractériser l’invasion par des motifs de Saffman-Taylor ; la déformation du milieu ; ainsi que les régimes d’écoulement et la dynamique de croissance des canaux. La pression interstitielle est évaluée numériquement et utilisée pour caractériser la rhéologie. L’étude de la transformation lente repose sur des expériences où de l’eau distillée est injecté à débit constant à travers un échantillon de calcaire fracturé. En comparant l’ouverture des fractures mesurées avant et après l’écoulement, nous avons caractérisé l’évolution des fractures pour différentes durées d’écoulement réactif
This thesis is an experimental study of flow and transformation of porous media, where we study both fast and slow transformation of the media due to fluid flow. The fast process is mechanical deformation and channel formation due to high fluid pressure, and the slow process is chemical evolution of fractures. In the study of fast deformation, we perform experiments where air is injected at a constant overpressure into a saturated or dry granular medium. From recorded images, we characterize Saffman-Taylor like invasion patterns, surrounding deformation of the medium, flow regimes, and channel growth dynamics. Pore pressure is evaluated numerically, and used to characterize the rheology. In the study of slow transformation, we perform experiments where distilled water is injected at a constant flow rate through a fractured chalk sample. By comparing fracture apertures measured before and after experiments, we study the evolution of fractures for different durations of reactive flow

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Mizyakin, Yuri. "Différents problèmes théoriques et appliqués de transport dissipatif en milieux poreux." Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2010. http://www.theses.fr/2010INPL040N/document.

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Анотація:

La thèse concerne trois problématiques indépendantes : le transport dissipatif dans des milieux hétérogènes; échange de masse entre un réservoir de gaz et aquifère ; ségrégation compositionnelle. Le point commun entre les problèmes traités sont les processus irréversibles de redistribution de la composition chimique. Le premier chapitre est consacré à la déduction, en accord avec les principes de la thermodynamique, d’un modèle généralisé de transport simultané de matière et de chaleur. Le chapitre 2 est consacré à l’étude de diffusion multi-compositionnelle dans un milieu hétérogène. Cette étude vise une application aux phénomènes de transport dans les réservoirs des hydrocarbures qui, d’une part, sont le siège de divers des processus de transport (plusieurs composants + chaleur) en interaction (processus croisés au sens d’Onsager) et, d’autre part, sont anisotropes pour les processus de transport étudiés. Le chapitre 3 est consacré à l’étude du processus de balayage d’un réservoir par une nappe aquifère. Le chapitre 4 est consacré au développement d’un code « éléments finis » conçu pour résoudre le même problème que dans le chapitre 3, mais dans une approche moins idéalisée. Le chapitre 5 est consacré à l’étude de la convection forcée dans un réservoir avec des champs de gravité et de température non colinéaires. Cette convection est une des composantes du processus de séparation thermo-gravitationnelle des espèces chimiques qui peut avoir lieu dans les réservoirs souterrains
The thesis concerns three independent subject areas: the dissipative transport in heterogeneous geological media; a transport problem in an underground gas reservoir; compositional segregation in reservoirs. The common point of all examined problems is the irreversible redistribution of chemical composition of a fluid in the reservoirs. The first chapter is devoted to development of a microscopic model of simultaneous mass and heat transfer in agreement with thermodynamic principles. The second chapter is dedicated to study of multi-component diffusion in a heterogeneous medium. This study aims an application to transport phenomena in hydrocarbon reservoirs characterized firstly by diversity of transported substances (several components + heat) and their interaction (in Onsager’s meaning) and secondly by anisotropy of medium where they take place. The third chapter is dedicated to analytical study of underground gas storage sweeping due to gas dissolution in aquifer. In the fourth chapter the same problem (gas sweeping) was studied numerically in a less idealized approach using finite element method. The fifth chapter is dedicated to study of forced convection taking place in the reservoirs where the temperature gradient and gravity force are not collinear. This convection represents an element of the thermo-gravitational component segregation employed in industry (thermo-gravitational columns) and can take place in underground reservoirs

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Labrie, Josée. "Étude théorique de la diffusion de particules et de polymères en milieux poreux." Thesis, National Library of Canada = Bibliothèque nationale du Canada, 2000. http://www.collectionscanada.ca/obj/s4/f2/dsk2/ftp01/MQ58470.pdf.

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Anoua, Mohammed. "Reconnaissance de coefficients de transferts en milieux poreux diffusion, bois et conduction, sol." Grenoble 2 : ANRT, 1986. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb375954727.

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Anouar, Khalid. "Rôle de la diffusion moléculaire dans les transferts des masse : application aux milieux à double porosité." Lille 1, 1993. http://www.theses.fr/1993LIL10064.

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Анотація:

Les transferts de masse dans les milieux poreux saturés à double porosité ne peuvent être approchés par une fonction de transfert solution de l'équation classique de convection-dispersion. Cette dernière augmentée d'un terme source ou puits reflétant les échanges de soluté entre deux fractions de l'espace poral intéressé par le flux de matière, permet d'obtenir des signaux asymétriques superposables aux courbes de restitution obtenues à partir des traçages expérimentaux sur colonne de laboratoire. La comparaison des résultats de deux modèles conceptuels basés sur cette approche a permis de mettre en évidence le rôle joué par la diffusion moléculaire lors du déplacement des solutés dans les milieux à double porosité. La dispersion cinématique qui est due à la variabilité des vitesses microscopiques de chaque molécule et la diffusion moléculaire, sont deux phénomènes qui ont pour conséquence principale de dévier les particules de traceur de la trajectoire qui s'apparente le plus à une ligne droite entre l'entrée et la sortie d'un système de traçage ; ce rôle justifie le traitement de l'équation classique de dispersion-convection dans le cadre de la géométrie des fractales. Cette approche nous a permis de reconstituer les différents régimes d'écoulement à partir des dimensions fractales et des vitesses interstitielles et de mettre l'accent sur le champ d'action de la diffusion moléculaire. Elle nous a permis par ailleurs, de suivre l'évolution de dispersivité en fonction des distances d'investigation.

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Wintzenrieth, Frederic. "Propagation du Son et Diffusion de la Lumière dans les mousses." Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066067/document.

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Анотація:

L'objectif de cette thèse est de caractériser et comprendre la propagation d'ondes acoustiques dans les mousses solides ordonnées. Nous avons mis au point une nouvelle sonde acoustique fondée sur la diffusion multiple de la lumière cohérente. Cette sonde appelée Laser Speckle Visibility Acoustic Spectroscopy résout en temps et en espace le champ de déplacement induit par le passage de l'onde acoustique ce qui permet d'en mesurer la relation de dispersion et la longueur d'atténuation. Nous avons validé la technique LSVAS en étudiant ces propriétés pour une mousse aqueuse dont les propriétés viscoélastiques sont par ailleurs connues. Nous avons ensuite élaboré des mousses solides de structure ordonnée en gélifiant des mousses liquides monodisperses produites à l'aide d'un générateur microfluidique. En excitant des ondes acoustiques dans un guide d'onde rempli d'une telle mousse gélifiée, nous avons étudié leur propagation dans une gamme de fréquence jusqu'à 10 kHz. Les célérités longitudinales et transverses ainsi que la longueur d'atténuation mesurées simultanément à basse fréquence montrent que, l'onde acoustique se propage dans la mousse solide comme dans un milieu continu effectif viscoélastique. Les variations des célérités longitudinale et transverse de ce mode lent avec la fraction volumique des bulles sont bien décrites par la loi de Wood et elles sont en accord avec la loi semi-empirique proposée par Ashby & Gibson. Aux fréquences supérieures à quelques centaines de hertz, la longueur d'onde transverse se rapproche de la taille des bulles et le mode lent n'est plus observé. Par contre, un mode beaucoup plus rapide, avec une vitesse comparable à celle du son dans l'air, apparaît. Nous montrons comment on peut décrire ce régime et le fort couplage entre le mouvement des films et du gaz dans le cadre de la théorie acoustique de Biot
This thesis aims at characterizing and understanding acoustic wave propagation in ordered solid foams. We developed a new acoustic probe based on coherent light multiple scattering. This probe called Laser Speckle Visibility Acoustic Spectroscopy is sensitive to the displacement field induced by the acoustic wave in time and space, so that the wave dispersion relation and attenuation can be measured. We validated LSVAS measuring the aforementioned properties in aqueous foams which viscoelastic properties were already known. We then elaborated solid foams with ordered structures by gelling monodisperse liquid foams produced with a microfluidic generator. Generating acoustic waves in a wave guide filled with such a gelled foam, we studied their propagation in a frequency range up to 10 kHz. Longitudinal and transverse wave velocities but also attenuation lengths simultaneously measured at low frequency show that the acoustic wave propagates in solid foam like in an effective viscoelastic continuous medium. Longitudinal and transverse wave velocity variations of this slow mode with gas volume fraction are well described by Wood's law and agree with the semi-empirical law suggested by Ashby & Gibson. At frequencies higher than a few hundred hertz, the transverse wavelength approaches the bubble size and this slow mode is not observed any more. Meanwhile, a much faster mode, which velocity compares to the sound wave velocity in air, appears. We show how this regime and the strong coupling between film and gas displacement in the framework of Biot's acoustic theory

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Valfouskaya-Fonade, Alena. "Modélisation numérique de la diffusion en milieux poreux : applications à la résonance magnétique nucléaire." Paris 6, 2005. http://www.theses.fr/2005PA066363.

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El, Ossmani Mustapha. "Méthodes numériques pour la simulation des écoulements miscibles en milieux poreux hétérogènes." Pau, 2005. http://www.theses.fr/2005PAUU3005.

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Анотація:

Dans cette thèse, nous nous intéressons à des méthodes numériques pour un modèle d'écoulements incompressibles et miscibles ayant des applications dans l'hydrogéologie et l'ingénierie pétrolière. Nous étudions et analysons un schéma numérique combinant une méthode d'éléments finis mixtes (EFM) et une méthode des volumes finis (VF) pour approcher le système couplé entre une équation elliptique (pression-vitesse) et une équation de convection-diffusion-réaction (concentration). Le schéma VF considéré est de type "vertex centred" semi-implicite en temps : explicite pour la convection et implicite pour la diffusion. On utilise un schéma de Godunov pour approcher le terme convectif et une approximation élément fini P pour le terme de diffusion. Nous montrons des résultats de stabilité La, des estimations BV et le principe du maximum discret sous une condition CFL appropriée. Ensuite, nous montrons la convergence de la solution approchée obtenue par le schéma combiné EFM-VF vers la solution du probléme couplé. La démonstration de la convergence se fait en plusieurs étapes : premièrement, on déduit la convergence forte de la solution approchée de la concentration dans L2(Q) , en utilisant la stabilité La, les estimations BV et des arguments de compacité. Dans l'étape suivante, on étudie le schéma découplé EFM, en donnant des résultats de convergence pour la pression et la vitesse. . . Des simulations numériques académiques et réalistes pour des problèmes bidimensionnels confirment la stabilité et l'efficacité du schéma combiné. Enfin, nous étudions des estimateurs d'erreur a posteriori de type résiduel pour une équation de convection-diffusion-réaction discrétisée par un schéma VF "vertex centred" semi-implicite en temps. Nous introduisons deux sortes d'indicateurs. Le premier est local en temps et en espace et constitue un outil efficace pour l'adaptation du maillage à chaque pas de temps. Le second est global en espace mais local en temps et peut être utilisé pour l'adaptation en temps. Nous montrons que l'estimateur est une borne supérieure de l'erreur. Des résultats numériques d'adaptations de maillage sont présentés et montrent l'efficacité de la méthode. La partie logiciels de ce travail porte sur deux volets. Le premier a permis de réaliser un code de calcul 2D, MFlow, écrit en C++, pour la résolution du système des écoulements miscibles considérés dans cette thèse. Le second volet concerne la collaboration avec un groupe de chercheurs pour l'élaboration de la plate-forme Homogenizer++ réalisée dans le cadre du GDR MoMaS (http://momas. Univ-lyon1. Fr/)
In this thesis, we are interested in numerical methods for a model of incompressible and miscible flows having application in hydrogeology and oil engineering. We study and analyze a numerical scheme combining a mixed finite element method (MFE) and a finite volumes method (FV) to discretize the coupled system between an elliptic equation (pressure-velocity) and a convection-diffusion-reaction equation (concentration). The FV scheme considered is "vertex centred" type semiimplicit in time: explicit for the convection and implicit for the diffusion. We use a Godunov scheme to approach the convectif term and a P 1 finite element approximation for the diffusion term. We prove that the FV scheme is La and BV stable and satisfy the discrete maximum principle under a suitable CFL condition. Then, we show the convergence of the approximate solution obtained by the combined scheme MFE-FV towards the solution of the coupled problem. The proof of convergence is done in several steps : first we deduce strong convergence of the approximate solution in L2(Q), using La stability, BV estimates and a compactness argument. In the second step we study the decoupled MFE scheme, by giving a convergence result for the pressure and velocity. In the final step, the process of convergence of the approximate solution of the combined scheme MFE-FV towards the exact solution is obtained by passing in the limit and uniqueness of the solution of the continuous problem. . . Finally, we analyze a residual error estimator for a convection-diffusion-reaction equation discretized by a semi-implicit finite volume. We introduce two kinds of indicators. The first is local in time and space and constitutes an effective tool for the adaptation of the grid to each time step. The second is total in space but local in time and can be used for the adaptation in time. The error etimators with respect to both time and space yield global upper and local lower bounds on the error measured in the energy norm. Numerical results of adaptations of grid are presented and show the effectiveness of the method. The software part of this work concerns two shutters. The first allowed to carry out an IMPES simulator, MFlow, written in C++, for the simulation of the system of miscible flows considered in this thesis. The second shutter relates to the collaboration with a group of researchers for the development of the Homogenizer++ platform realized within the framework of the GDR MoMaS (http://momas. Univ-lyon1. Fr/)

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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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Анотація:

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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Amir, Laila. "Modèles couplés en milieux poreux : transport réactif et fractures." Phd thesis, Université Paris Dauphine - Paris IX, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00373688.

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Анотація:

Cette thèse porte sur la simulation numérique de modèles couplés pour l'écoulement et le transport dans les milieux poreux. Nous présentons une nouvelle méthode de couplage entre les réactions chimiques et le transport en utilisant une méthode de Newton-Krylov, et nous étudions également un modèle d'écoulement en milieu fracturé qui traite l'intersection des fractures par une méthode de décomposition de domaine.
Ce travail est divisé en trois parties : la première partie contient une analyse de différents schémas numériques pour la discrétisation des problèmes d'advection-diffusion, notamment par une technique de séparation d'opérateurs, ainsi que leur mise en oeuvre informatique, dans un code industriel.
La deuxième partie, qui est la contribution majeure de cette thèse, est consacrée à la modélisation et à l'implémentation d'une méthode de couplage globale pour le transport réactif. Le système couplé transport-chimie est décrit, après discrétisation en temps, par un système d'équations non linéaires. La taille du système sous-jacent, à savoir le nombre de points de grille multiplié par le nombre d'espèces chimiques, interdit la résolution du système linéaire par une méthode directe. Pour remédier à cette difficulté, nous utilisons une méthode de Newton-Krylov qui évite de former et de factoriser la matrice Jacobienne.
Dans la dernière partie, nous présentons un modèle d'écoulement dans un milieu fracturé tridimensionnel, basé sur une méthode de décomposition de domaine, et qui traite l'intersection des fractures. Nous démontrons l'existence et l'unicité de la solution, et nous validons le modèle par des tests numériques.

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Khitab, Anwar. "Modélisation des transferts ioniques dans les milieux poreux saturés : application à la pénétration des chlorures à travers les matériaux cimentaires." Toulouse, INSA, 2005. http://www.theses.fr/2005ISAT0014.

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Dans ce travail, le problème du transport d'espèce ionique à travers les milieux poreux saturés a été documenté. Un modèle unidimensionnel basé sur l'approche multi-espèce est présenté. C'est la nouvelle version d'un modèle précédent, MsDiff, développé il y a quelques années dans notre groupe [TRU 00] qui décrit la diffusion d'espèce ionique avec l'équation de Nernst-Planck. Avec l'approche multi-espèces, il est possible de prendre en compte les interactions qui existent entre les espèces ioniques différentes dans la solution interstitielle du béton. Le schéma numérique du modèle est basé sur la méthode des différences finies avec des techniques de Cranck-Nickolson et de Lax-Wendroff. Afin de faire les simulations avec MsDiff, nous avons besoin des données d'entrée. Plusieurs essais ont été exécutés afin de les acquérire. Des essais standards d'immersion ont été effectués pour valider les résultats de MsDiff avec une attention particulière aux coefficients de diffusion des ions et aux interactions entre les chlorures et la phase solide du matériau. Quelques autres modèles existants ont été également essayés pour la comparaison avec les profils expérimentaux de chlorure. Des expérimentations ont été faites pour observer l'influence de la période d'exposition, de l'âge du béton à l'exposition et de la concentration de la solution environnementale sur la pénétration des chlorures. Enfin, les simulations afin de calculer le temps d'initiation de la corrosion ont été effectuées avec MsDiff en utilisant les données expérimentales déjà obtenues tout en utilisant différents critères adoptés par différents groupes de recherche
Here the problem of ionic species transport through concrete porous media has been documented. Chloride ions penetration in cementitious materials is one of the processes widely responsible for the degradation of concrete structures. Here, a one-dimensional model based on a multi-species approach of the ionic transport is presented. It is the new version of a previous model MsDiff developed a few years ago in our group [TRU 00] that describes the diffusion of ionic species with the Nernst-Planck equation instead of Fick's laws. With a multi-species approach, it is possible to take into account the interactions existing among different ionic species in pore solution of concrete. The numerical scheme of the model is based on finite difference method with Crank-Nickolson and Law-Wendroff techniques. In order to run MsDiff, we need an input data. Several experiments were performed accordingly to provide experimental feedback to MsDiff. Standard immersion tests were conducted to validate the outcomes of MsDiff. Special attention is given to the diffusion coefficients of the ions and the interactions between the ionic species and the solid phase. In addition to MsDiff, some other existing models were also tried for the sake of comparison with the experimental chloride profiles. Certain experimentation was conducted to watch the effect of exposure period, concrete age at exposure and concentration in the environmental solution. In the end, the simulations were performed with MsDiff in order to calculate the chloride-induced corrosion initiation time using the experimental data already achieved while making use of different criteria adopted by different research groups

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Guilbert, Gérard. "Étude des caractéristiques optiques de milieux poreux semi-transparents." Nancy 1, 1985. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/SCD_T_1985_0225_GUILBERT.pdf.

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Анотація:

Le travail effectué dans ce mémoire concerne l'étude des caractéristiques optiques d'un milieu poreux semi-transparent. Ce milieu composé de fibres, absorbe et diffuse la lumière, c'est un milieu absorbant-diffusant. La théorie électromagnétique permet l'accès aux coefficients monochromatiques d'absorption et de diffusion, à partir de l'indice de réfraction de la phase solide du milieu. Nous avons construit une installation permettant de tester cette théorie en mesurant la transmittance spectrale sur des échantillons de différentes épaisseurs. La confrontation entre les calculs et l'expérience est très satisfaisante du point de vue optique, ce qui confère une certaine validité à la théorie utilisée

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RIGORD, PATRICK. "Diffusion d'ondes de pression et reversibilite de la dispersion de traceurs dans les milieux poreux." Paris 6, 1990. http://www.theses.fr/1990PA066669.

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Анотація:

Dans un premier temps, un analogue electrique bidimensionnel est developpe pour modeliser la diffusion de pression de fluide dans les milieux poreux heterogenes. Des mesures d'admittance de reseaux de percolation, mettent en evidence en fonction de la frequence, un comportement de diffusion anormale. De facon analogue, des mesures de permeabilite dynamique de roches synthetiques sont effectuees a l'aide d'un dispositif d'essais triaxial. Le transport de fluide est alors decrit par modele de diffusion en milieu homogene. Dans un deuxieme temps, nous etudions la reversibilite de la dispersion de traceurs en injectant et en aspirant a debit constant un fluide dans un empilement de billes de verre de diametres peu disperses. Une technique electrochimique de generation et de detection de traceur a forte resolution spatiale est developpee dans ce but. La transition entre un comportement reversible aux temps courts et un comportement irreversible aux temps longs est mise en evidence. Les caracteristiques de cette transition sont reliees au desordre geometrique du champ de vitesse

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Vu, Thai-Hoa. "Caractérisation de la phase solide et transferts de gaz dans les milieux poreux insaturés : étude expérimentale et modélisation appliquées à la diffusion de l'hydrogène dans les matériaux cimentaires." Toulouse, INSA, 2009. http://eprint.insa-toulouse.fr/archive/00000324/.

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L’objectif de cette étude est de préciser le lien existant entre la microstructure porale des matériaux cimentaires et leurs propriétés diffusives au gaz en fonction de la localisation de la phase aqueuse dans les pores et de la saturation globale du matériau. Les matériaux cimentaires étudiés sont des pâtes de ciment et des mortiers. Pour répondre à l’objectif de l’étude, les matériaux étudiés sont caractérisés de façon détaillée en croisant plusieurs techniques expérimentales : porométrie au mercure, porométrie à l’eau, thermoporométrie, sorption d’azote et désorption de vapeur d’eau. D’un autre côté, des essais de diffusion sur les matériaux conservés à l’humidité relative contrôlée permettent de déterminer l’évolution de la diffusivité en fonction de l’état de saturation en mesurant le coefficient de diffusion effectif à l’hydrogène grâce à la chromatographie en phase gazeuse. Ces résultats expérimentaux constituent aussi la base de données permettant une comparaison à une approche par simulation numérique. La modélisation numérique approche les phénomènes de transfert par la combinaison de la diffusion ordinaire et de la diffusion de Knudsen à travers des modèles de milieu poreux et tient compte de la tortuosité et du niveau de saturation du milieu poreux
This thesis documents the relationship between the porous microstructure of cement based materials and theirs gaseous diffusivity properties relative to the aqueous phase location and the global saturation level of the material. The materials studied are cement pastes and mortars. To meet the thesis objective, the materials are characterized in detail by means of several experimental methods: mercury intrusion porosimetry, water porosimetry, thermoporometry, nitrogen sorption and water desorption. In addition, diffusion tests realized on materials maintained in controlled humidity chambers allow obtaining the effective hydrogen diffusivity as function of the microstructure and the saturation state of material with a gas chromatography. The experimental results are then used as a data base that is compared to a modeling approach. The model developed consists of a combination of ordinary diffusion (Fick regime) and Knudsen diffusion of hydrogen. The model also accounts for the effects of the liquid curtains, the impact of tortuosity on gas diffusion, and the saturation level of the porous system

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Albergamo, Francesco. "Etude par diffusion de neutrons des propriétés dynamiques de l'hélium liquide confiné dans des milieux poreux." Paris 11, 2001. http://www.theses.fr/2001PA112248.

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Анотація:

L'étude de l'hélium liquide confiné dans des matériaux poreux devrait permettre de mieux comprendre le lien entre superfluidité et condensation de Bose-Einstein, qui, à l'heure actuelle, manque d'une description théorique satisfaisante. La réalisation des expériences sur des échantillons d'hélium confiné est plutôt difficile. En particulier, la préparation des échantillons doit être très soignée. Les caractéristiques des matériaux poreux doivent être connues au mieux et le remplissage de ces matériaux doit être contrôlé. Pour cela, on a introduit une étape expérimentale supplémentaire par rapport aux études conduites jusqu'à présent: chaque matériau susceptible d'être utilisé pour le confinement a été étudié avec la technique des isothermes d'adsorption d'hélium. De cette manière on peut connaître avec précision la quantité d'hélium nécessaire au remplissage des échantillons poreux, et on obtient aussi des informations sur les phénomènes macroscopiques intervenant pendant le remplissage. .
The study of liquid helium confined into porous materials should allow for a better understanding of the relation between superfluidity and Bose-Einstein condensation, lacking, at present, of a satisfactory theoretical description. Experiments on confined liquid helium are quite difficult and samples should be prepared very carefully. One should know at best the confining material characteristics and should control the actual filling status of the porous sample. To achieve this condition, we added an experimental stage to the procedure commonly used in the studies conducted insofar. We conducted helium adsortion isotherms on each porous sample supposed to be used as a confining sample. In this way we were able to know, with a high degree of precision, the amount of helium necessary to fill the porous sample. We also get information on macroscopic phenomena occurring during the filling procedure. Some experimental tricks have been used in order to avoid condensation of liquid helium into the injection pipe. .

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Albergamo, Francesco. "Etude par diffusion de neutrons des proprietes dynamiques de l'helium liquide confine dans des milieux poreux." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2001. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00006127.

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L'helium est le seul materiau qui reste dans son etat liquide sous sa pression de vapeur saturante aux plus basses temperatures. Il est ainsi le systeme ou les proprietes quantiques de l'etat liquide sont les plus evidentes. En effet, l'helium liquide sous sa pression de vapeur saturante au dessous d'une temperature Tl = 2.17 K presente des proprietes macroscopiques spectaculaires qui ont une nature quantique. On dit que l'helium presentant ces proprietes est dans la phase superfluide. De plus, ce systeme a T ~ 0 K presente un condense de Bose-Einstein en mesure du 10% environ des particules. La condensation de Bose-Einstein semble avoir lieu a la meme temperature ou se presente la superfluidite. L'etude de l'helium liquide confine dans des materiaux poreux devrait permettre de mieux comprendre le lien entre superfluidite et condensation de Bose-Einstein, qui, a l'heure actuelle, manque d'une description theorique satisfaisante. La realisation des experiences sur des echantillons d'helium confine est plutot difficile a cause de trois types de difficultes : la caracterisation des materiaux utilise s pour le confinement, la determination de l'etat thermodynamique de l'echantillon d'helium une fois confine et l'utilisation des systemes cryogeniques necessaires a la rea lisation des tres basses temperatures. Il faut d'abord choisir un materiau apte au confinement, c'est a dire avec des pores presentant une distribution de taille etroite autour d'une valeur petite. Il existent desormais des materiaux avec ces caracteristiques et on peut les obtenir avec une caracterisation par isothermes d'adsorption d'azote et diffraction de rayons X. Ensuite, il faut controler l'etat de remplissage du solide poreux. Pour cela, on a introduit une etape experimental supplementaire par rapport aux etudes conduites jusqu'a present: chaque materiau susceptible d'etre utilise pour le confine ment a ete etudie avec la technique des isothermes d'adsorption d'helium. De cette maniere on peut connaitre avec precision la quantite d'helium necessaire au remplissage des echantillon poreux, et on obtient aussi des information sur les phenomenes macroscopiques intervenant pendant le remplissage. En particulier il est possible de detecter la formation d'une phase liquide remplissant les pores, une fois que une ou deux couches d'helium ont ete adsorbees sur les surfaces. Ce phenomene s'appelle condensation capillaire. Cette phase est precisement celle qui nous interesse: une phase liquide confinee. Enfin, la realisation d'experiences aux tres basses temperatures peut entrainer la condensation d'helium liquide dans le tube d'injection. Quand ce phenomene se produit, on ne connait plus l'etat de remplissage des pores. L'utilisation d'une cellule speciale a permis de se passer du capillaire d'injection pour les etudes en fonction de la temperature: il s'agit d'une cellule remplie a conditions ambia ntes avec la correcte quantite d'helium. Deux techniques de diffusion inelastique de neutrons ont ete utilisees pour acceder respectivement a l'energie cinetique moyenne par particule et au spectre des excitations e lementaires. Les mesures d'energie cinetique ont ete menees avec le spectrometre eVS qui est un spectrometre a geometrie inverse utilisant des neutrons epithermiques (E ~ 10 eV). Dans les conditions experimentales, l'energie echangee est E ~ 5 eV et le vecteur d'onde echange est q ~ 100 A-1. Dans ces conditions, il s'avere valable l'approximation d'impulsion qui lie le facteur de structure dynamique (qui est la quantite mesuree) directement a la fonction de distribution des vitesses de l'echantillon. Ces mesures ont ete menees sur un echantillon d'helium confine dans le Vycor et ont montre une augmentation de l'energie cinetique moyenne par particule due au confinement. Ces mesures suggerent aussi que la condensation de Bose-Einstein se verifie a la meme temperature que la superfluidite dans le cas de l'helium confine dans le Vycor. Cela est en contraste avec ce qui avait ete suggere par une autre equipe qui avait conduit des mesures sur un echantillon de Vycor surrempli d'helium. L'effet observe par cette equipe peut etre du a la presence d'helium en volume autour de l'echantillon. Les mesures des excitations elementaires ont ete menees avec les spectrometres MIBEMOL et IN6 qui sont des spectrometres a geometrie directe, sur un echantillon d'helium confine dans des MCM-41. Les MCM-41 sont des materiaux presentant des pores cylindriques dont le diametre peut etre fait varier de facon controlee selon la methode de preparation entre 20 A et 10 0 A. Les MCM-41 choisis ont un diametre d'environ 32 A. Avec le spectrometre MIBEMOL on a etudie les excitations elementaires en fonction du remplissage et on a mis en evidence la correspondance entre le phenomene de condensation capillaire (detecte par isotherme d'adsorption) et la presence d'excitations typiques de l'etat liquide (les excitations appelees phonon-maxon-roton). Avec le spectrometre IN6 on a etudie les excitations elementaires en fonction de la temperature (0.4 < T < 1.8 K). Les excitations elementaires aux grandes longueur d'onde sont perturbees par le confinement d'une maniere compatible avec la geometrie du systeme. En particulier on peut mettre en relation les modes observes avec les fluctuations de densite longitudinales se propageant le long des pores cylindriques des MCM-41. Enfin, on observe aussi une largeur intrinseque (presente a la temperature de 0.4 K) du pic correspondant au ``roton''.

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Plantevin, Olivier. "Etude des excitations de l'4He liquide dans des milieux poreux par diffusion inélastique de neutrons." Université Joseph Fourier (Grenoble), 1999. http://www.theses.fr/1999GRE10205.

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Nous nous sommes interesses dans cette etude au comportement dynamique de l'4he superfluide dans differents materiaux poreux (vycor, aerogel et gel-tek). Dans ce but, nous avons determine le facteur de structure dynamique de l'4he liquide confine dans ces materiaux par diffusion inelastique des neutrons. Dans les milieux poreux completement remplis, les excitations phonon-roton sont tres similaires a celles de l'4he en volume. En particulier, les energies d'excitation suivent la meme dependance en temperature que dans l'4he en volume. A part dans le gel-tek, ou le confinement est le plus important, nous n'avons pas observe d'elargissement des excitations par rapport a l'4he en volume. Dans le vycor et le gel-tek, nous avons observe des excitations de type maxon-roton, indiquant la presence possible d'un condensat de bose-einstein, a des temperatures superieures a la temperature d'apparition de la superfluidite. Nous avons observe dans ces milieux poreux et dans des aerogels de 87% de porosite de l'intensite attribuee a une ou plusieurs excitations se propageant dans les premieres couches de liquide a proximite des parois (excitation 2d). Dans l'echantillon de gel-tek, on a mis en evidence une contribution large independante de la temperature entre 35 mk et 2. 5 k, impliquant environ 60% des atomes situes dans la deuxieme couche d'helium a proximite du substrat (la premiere couche est solide). Nous avons aussi observe dans le gel-tek une excitation de type phonon-roton dans un film d'helium liquide d'epaisseur inferieure a une monocouche atomique. Nous avons observe d'autre part, dans l'aerogel et le gel-tek, divers effets du confinement des excitations phonon-roton et 2d dans un film d'helium.

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Apoung, Kamga Jean-Baptiste. "Eléments finis discontinus et zoom numérique : applications aux écoulements dans les milieux poreux." Paris 6, 2006. http://www.theses.fr/2006PA066634.

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Le cadre de cette thèse est le développement des schémas numériques pour la simulation des écoulements darcéens stationnaires et du transport advectif-diffusif dans un milieu poreux. Un nouveau formalisme Galerkin discontinu est d'abord proposé; appliqué aux équations de type convection-diffusion, il en résulte des schémas temporels stables sans limitation de pente. Et sur les équations de Darcy, la continuité de trace normale du gradient de la pression est renforcée et la construction de la vitesse de Darcy est facilitée. Les formulations obtenues sont évaluées sur les problèmes Couplex 2D et 3D, modélisant un site de stockage de déchets radioactifs. Ensuite, une méthode de zoom numérique combinant astucieusement une méthode chimère et de Galerkin discontinue est proposée et analysée, puis appliquée sur une version 3D du cas test couplex 2D. La méthode est rendue conviviale grâce à l'utilisation d'un logiciel de résolution d'EDPs et d'un logiciel de visualisation scientifique.

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El, Ossmani Mustapha. "Méthodes Numériques pour la Simulation des Ecoulements Miscibles en Milieux Poreux Hétérogènes." Phd thesis, Université de Pau et des Pays de l'Adour, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00009683.

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Dans cette thèse, nous nous intéressons à des méthodes numériques pour un modèle d'écoulements incompressibles et miscibles ayant des application dans l'hydrogéologie et l'ingénierie pétrolière. Nous étudions et analysons un schéma numérique combinant une méthode d'éléments finis mixtes (EFM) et une méthode des volumes finis (VF) pour approcher le système couplé entre une équation elliptique (pression-vitesse) et une équation de convection-diffusion-réaction (concentration). Le schéma VF considérée est de type "vertex centred" semi-implicite en temps : explicite pour la convection et implicite pour la diffusion. On utilise un schéma de Godunov pour approcher le terme convectif et une approximation élément fini P1 pour le terme de diffusion. Nous montrons des résultats de stabilité L≂ estimations BV et le principe du maximum discret sous une condition CFL appropriée. Ensuite, nous montrons la convergence de la solution approchée obtenue par le schéma combiné EFM-VF vers la solution du problème couplé. La démonstration de la convergence se fait en plusieurs étapes : premièrement, on déduit la convergence forte de la solution approchée de la concentration dans L2(Q), en utilisant la stabilité L≂, les estimations BV et des arguments de compacité. Dans l'étape suivante, on étudie le schéma découplé EFM, en donnant des résultats de convergence pour la pression et la vitesse. Enfin, le processus de convergence de la solution approchée du schéma combiné EFM-VF vers la solution exacte est obtenu par passage à la limite et par unicité de solution pour le problème continu. Des simulations numériques académiques et réalistes pour des problèmes bidimensionnels confirment la stabilité et l'efficacité du schéma combiné. Enfin, nous étudions des estimateurs d'erreur a posteriori de type résiduel pour une équation de convection-diffusion-réaction discrétisée par un schéma VF "vertex centred" semi-implicite en temps. Nous introduisons deux sortes d'indicateurs. Le premier est local en temps et en espace et constitue un outil efficace pour l'adaptation du maillage à chaque pas de temps. Le second est global en espace mais local en temps et peut être utilisé pour l'adaptation en temps. Nous montrons que l'estimateur est une borne supérieure de l'erreur. Des résultats numériques d'adaptations de maillage sont présentés et montrent l'efficacité de la méthode. La partie logiciels de ce travail porte sur deux volets. Le premier a permis de réaliser un code de calcul 2D, MFlow, écrit en C++, pour la résolution du système des écoulements miscibles considérés dans cette thèse. Le second volet concerne la collaboration avec un groupe de chercheurs pour l'élaboration de la plate-forme Homogenizer++ réalisée dans le cadre du GDR MoMaS (http://momas.univ-lyon1.fr/).

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Oukili, Hamza. "Flow and transport in complex porous media : particle methods." Thesis, Toulouse, INPT, 2019. http://www.theses.fr/2019INPT0056.

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Les méthodes utilisant des particules ont été largement utilisées pour modéliser les problèmes de transport dans les sols poreux, les aquifères et les réservoirs. Ils réduisent ou évitent certains desproblèmes des méthodes eulériennes, par exemple instabilités, diffusion artificielle excessive, bilan massique et / ou oscillations pouvant conduire à des concentrations négatives. Cette thèsedéveloppe de nouvelles méthodes de particules lagrangiennes pour modéliser les phénomènes d'écoulement et de transport dans des milieux poreux complexes avec des hétérogénéités. Pour ce faire, cette thèse passe d'abord en revue les processus stochastiques et leurs relations avec l'équation (EDP) macroscopique d'Advection-Diffusion ADE. Cette mise en revue permet de trouver les conditions nécessaires à un processus stochastique pour que sa densité de probabilité vérifie l’équation EDP de Fokker-Planck et donc l’ADE. Cependant, l’une de ces conditions est la différentiabilité des coefficients de transport. Il est donc difficile de traiter les discontinuités et les hétérogénéités, en particulier la diffusion et la porosité discontinues. Dans la littérature sur les marches aléatoires de particules, les méthodes précédentes utilisées pour traiter ce problème de discontinuité nécessitaient de petits pas de temps afin de converger vers la solution attendue. Ces restrictions sur le pas de temps conduisent à des algorithmes inefficaces. Dans cette étude, nous proposons une nouvelle approche sans restrictions sur la taille des pas de temps. L’algorithme RWPT (Random Walk Particle Tracking) proposé ici est discret en temps et continu en espace (sans grille). Le nouvel algorithme RWPT est basé sur un pas de temps adaptatif « Stop&Go », combiné à des schémas de réflexion partielle/réfraction, et étendu à trois nouveaux concepts : particules de masse négative ; particules de masse adaptative ; et particules à tête chercheuse ("homing"). Les algorithmes en domaines infinis ont ensuite été généralisés au cas de domaines finis ou semi-infinis. Les conditions aux limites de Dirichlet (concentrations) sont particulièrement difficiles à mettre en œuvre dans les méthodes particulaires. Ainsi, cette thèse propose-t-elle différentes méthodes de mise en œuvre des conditions de Dirichlet avec l'algorithme RWPT utilisé pour traiter les discontinuités. Pour tester les nouveaux schémas RWPT Stop&Go, nous développons des solutions analytiques et semi-analytiques pour la diffusion en présence de multiples interfaces (milieu multicouche discontinu) dans des domaines infinis, semi-infinis et finis avec des conditions limites de Dirichlet. Les résultats montrent que les schémas RWPT Stop&Go proposés correspondent extrêmement bien aux solutions semi-analytiques, même pour des contrastes très forts des coefficients de diffusion et porosités, y compris au voisinage des interfaces. Ensuite, la méthode RWPT est appliquée pour étudier les processus de diffusion à différentes échelles dans des supports composites (systèmes grains/pores 2D). Une condition de flux nul est appliquée localement aux interfaces grain/pore. Au niveau macroscopique, la diffusion se produit dans un milieu homogène avec des paramètres macro-échelle (porosité et coefficients de diffusion effectifs) induits par des méthodes de montée d’échelle à l'aide des moments spatiaux d’ordre 2. L'algorithme RWPT est ensuite appliqué à des géométries plus complexes de grains et pores. Tout d’abord, différentes configurations ou structures micro-échelle sont choisies afin d'obtenir des milieux composites isotropes ayant différentes porosités. Puis, en choisissant des micro-structures allongées, des effets d’anisotropies apparaissent au niveau macroscopique. Les différentes méthodes proposées dans cette thèse pourraient être utilisées pour différents problèmes, chacune ayant ses inconvénients et ses avantages. Les schémas proposés semblent prometteurs dans la perspective d’extensions vers des géométries 3D plus complexes
Particle methods have been extensively used for modeling transport problems in porous soils, aquifers, and reservoirs. They reduce or avoid some of the problems of Eulerian methods, e.g. instabilities, excessive artificial diffusion, mass balance, and/or oscillations that could lead to negative concentrations. This thesis develops a new class of gridless Lagrangian particle methods for modeling flow and transport phenomena in complex porous media with heterogeneities and discontinuities. Firstly, stochastic processes are reviewed, in relation to particle positions X(t) and to the corresponding macroscopic Advection-Diffusion Equation (ADE). This review leads to the conditions required for the Probability Density Function (PDF) of X(t) to satisfy the Fokker-Planck equation (and the ADE). However, one of these conditions is the differentiability of transport coefficients: therefore, discontinuities are difficult to treat, particularly discontinuous diffusion D(x) and porosity q(x). In the literature on particle Random Walks, the methods used to handle discontinuous diffusion required excessively small time steps. These restrictions on the time step lead to inefficient algorithms. In this study, we propose a novel approach without restrictions on time step size. The novel RWPT (Random Walk Particle Tracking) algorithms proposed here are discrete in time and continuous in space (gridless). They are based on an adaptive “Stop&Go” time-stepping, combined with partial reflection/refraction schemes, and extended with three new concepts: negative mass particles; adaptive mass particles; and “homing” particles. To test the new Stop&Go RWPT schemes in infinite domains, we develop analytical and semi-analyticalsolutions for diffusion in the presence of multiple interfaces (discontinuous multi-layered medium) in infinite domains. The results show that the proposed Stop&Go RWPT schemes (with adaptive, negative, or homing particles) fit extremely well the semi-analytical solutions, even for very high contrasts for transport properties even in the neighborhood of the interfaces. The schemes provide a correct diffusive solution in only a few macro-steps (macroscopic time steps), with a precision that depends only on the number of particles, and not on the macro-step. The algorithms are then, extended from infinite to semi-infinite and finite domains. Dirichlet conditions are particularly difficult to implement in particle methods. Thus, in this thesis we propose different methods on how to implement Dirichlet boundary conditions with the “discontinuous” RWPT algorithm. This study proposes an algorithm to solve diffusion equations semi-analytically in heterogeneous semi-infinite and finite domains with Dirichlet boundary conditions. The RWPT Dirichlet methods are then checked analytically and verified for various configurations. Finally, the RWPT method is applied for studying diffusion at different scales in 2D composite media (grain/pore systems). A zero-flux condition is assumed locally at the grain/pore interfaces. At the macro-scale, diffusion occurs in an equivalent effective homogeneous medium with macroscopic parameters (porosity and effective diffusion coefficients) obtained from the temporal evolution of second order moments. The RWPT algorithm is then applied to more complex geometries of grains and pores. Different configurations or structures at the micro-scale level will be chosen in order to obtain composite isotropic media at the macro-scale level with different porosities. Then, by choosing elongated micro-structures, anisotropy effects emerge at the macroscopic level. Effective macro-scale properties (porosities, effective diffusion tensors, tortuosities) are calculated using the second order moment. The different methods proposed in this thesis can be used for different problems, since each has its drawbacks and advantages. The schemes proposed seem promising with a view to extensions towards more complex 3D geometries

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Kuntz, Jean-François. "Les techniques de Résonance Magnétique Nucléaire appliquées à l'étude structurale de matériaux : imagerie et diffusion en milieux confinés." Nancy 1, 2007. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/SCD_T_2007_0141_KUNTZ.pdf.

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Au cours de cette thèse, nous avons évalué les possibilités offertes par les techniques de Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) et l'utilisation de gradients de champ magnétique dans l'étude structurale de matériaux polymères poreux. Dans une première partie, le phénomène de diffusion restreinte a été étudié en observant l'évolution du coefficient de diffusion apparent. Cette approche nous renseigne sur la tortuosité et sur le rapport surface / volume des pores. La transformée de Laplace Inverse appliquée dans la seconde dimension de l'expérience DOSY fournit une image de l'hétérogénéité du système en corrélant le coefficient de diffusion et la fréquence du spectre RMN. Dans une seconde partie, nous avons évalué la possibilité de déterminer des données structurales à partir du phénomène de diffraction diffusive. L'étude des différents systèmes modèles et d'un polymère poreux réel ont permis d'évaluer les différentes séquences RMN disponibles (B0 et B1) ainsi que l'effet de l'hétérogénéité structurale sur les résultats expérimentaux obtenus
Our recent interest for porous media with high opened porosity leads us to develop and use new tools based on Nuclear Magnetic Resonance (NMR) to characterize porous structures. NMR pulsed field gradients measurements of the restrained diffusion of confined fluids constitute an efficient method to probe the local geometry in a porous media. The evolution of the apparent diffusion coefficient (Dapp) yields average information on the surface / volume ratio of porosity and tortuosity of the network. Applying an Inverse Laplace Transform in the second dimension, experiments reveal a relationship between resonance frequencies and local geometry, confirmed by the exchange spectroscopy (EXSY). Another source of information (size and heterogeneity of the network) was given by the diffusive diffraction pattern, obtained on model samples (packed spheres embedded with water) and for the very first time on a reel porous polymer using B1 gradients

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Straubhaar, Benjamin. "Pore network modelling of condensation in gas diffusion layers of proton exchange membrane fuel cell." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2015. http://oatao.univ-toulouse.fr/19261/1/Straubhaar_B.pdf.

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A Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) is a device converting hydrogen into electricity thanks to an electrochemical reaction called reverse electrolysis. Like every fuel cell or battery, PEMFCs are made of a series of layers. We are interested in the gas diffusion layer (GDL) on the cathode side. The GDL is made of carbon fibers treated hydrophobic. It can be seen as a thin porous medium with a mean pore size of few tens of microns. A key question in this system is the management of the water produced by the reaction. In this context, the main objective of the thesis is the development of a numerical tool aiming at simulating the liquid water formation within the GDL. A pore network approach is used. We concentrate on a scenario where liquid water forms in the GDL by condensation. Comparisons between simulations and experiments performed with a two-dimensional microfluidic device are first presented for different wettability conditions, temperature distributions and inlet relative humidity in order to validate the model. A sensitivity study is then performed to better characterize the parameters controlling the water invasion. Finally, simulations are compared with in situ experimental water distributions obtained by X-ray micro-tomography as well as with experimental distributions from the literature obtained by neutron imaging.

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Faurel, Michaël. "Conception et mise en place d'expériences de diffusion de l'eau et de solutés dans des milieux poreux modèles d'argiles gonflantes." Thesis, Poitiers, 2012. http://www.theses.fr/2012POIT2320/document.

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La plupart des données existantes de diffusion d'eau et de solutés sont obtenues pour des roches argileuses extrêmement complexes ou des échantillons en apparence plus simples préparés à base d'argiles gonflantes sodiques de type smectite. Ces dernières pouvant présenter des organisations très variables et encore mal comprises (phase gel-floc-suspension stable) en conditions saturées, il reste très difficile de contraindre les modèles à double milieu (eau porale ou interfoliaire) parfois avancés pour interpréter des expériences de diffusion. Un système modèle d'argiles gonflantes reflétant réellement un double milieu a pu être obtenu à partir de trois fractions granulométriques d'une vermiculite-Na. Celles-ci ne présentent pas de phase gel en conditions saturées mais des particules bien définies dont la morphologie et l'organisation ont pu être caractérisées. Un dispositif de diffusion a été développé afin d'étudier la diffusion de HDO et Br- pour ces différentes fractions en fonction de la porosité. L'avantage majeur de ce dispositif est de pouvoir préparer des échantillons par sédimentation analysables en tomographie de rayons-X afin de valider leur homogénéité organisationnelle ; hypothèse considérée dans les modélisations. Les résultats obtenus démontrent que cette nouvelle voie de préparation conduit à des échantillons plus homogènes par rapport aux méthodes classiques. Les premières perspectives quant à l'utilisation de ces doubles milieux modèles se dégagent à travers les premiers résultats de diffusion obtenus puisque leurs caractéristiques géométriques parfaitement contrôlées peuvent permettre de pondérer l'impact des différents processus de transport potentiels
Most of existing data on diffusion of water and solutes were obtained either on extremely complex clayey rocks or on seemingly more simple samples prepared from sodium-saturated swelling clay minerals, namely smectites. Because these latter can exhibit in water-saturated conditions various organizations not yet fully understood (gel phase-floc-stable suspension), it is still difficult to constrain dual-porosity media modeling (pore or interlayer water) sometimes considered for interpreting results from diffusion experiments. A model system for swelling clay minerals, mimicking a true dual-porosity medium, was obtained by using three size fractions of a Na-vermiculite. These fractions do not exhibit gel-like behavior in water-saturated conditions but rather well defined particles, whose morphology and organization have been characterized. An experimental set-up was designed for the investigation of HDO and Br- diffusion in these size-fractions as a function of porosity. The main advantage of this set up is that it allows assessing for the organizational homogeneity of a sample prepared by sedimentation process through X-ray tomography measurements, an assumption considered for diffusion modeling. The obtained results showed that this new method for sample preparation leads to more homogeneous samples as compared to classical procedures. The first perspectives concerning the use of these dual-porosity model systems are drawn from the first diffusion results obtained, as the well-controlled geometrical characteristics of these model systems successfully help in balancing the contribution of the different potential transport processes

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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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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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MARCOUX, MANUEL. "Contribution a l'etude de la diffusion thermogravitationnelle en milieu poreux." Toulouse 3, 1998. http://www.theses.fr/1998TOU30289.

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Nous proposons une etude numerique et analytique des phenomenes de transport se produisant dans un fluide multiconstituant soumis a des gradients thermiques. Nous nous interessons a un melange binaire saturant un milieu poreux. L'action conjuguee de la thermodiffusion ou effet soret et de la convection permet d'obtenir, dans des conditions optimales de couplage, une forte separation des constituants. Il s'agit alors de diffusion thermogravitationnelle. Nous presentons tout d'abord un descriptif de ce phenomene, un bref historique et les differentes experimentations realisees a ce sujet. Nous exposons ensuite la formulation mathematique du probleme en milieu libre et poreux en nous appuyant sur la theorie phenomenologique de la thermodynamique des processus irreversibles. Nous proposons une resolution numerique des equations regissant le probleme par methodes spectrales. Nous etudions l'influence systematique des parametres adimensionnels dont depend le probleme, en nous appuyant sur les resultats de la simulation numerique et sur des solutions analytiques anterieures, pour une cavite verticale differentiellement chauffee. Nous developpons une etude analytique et numerique de ce probleme dans une cavite annulaire, correspondant a de nombreux dispositifs experimentaux, et nous analysons l'influence de la courbure de la geometrie. Cette etude est etendue a une configuration analogue avec des flux de chaleur et de masse imposes aux parois verticales, en l'absence d'effet soret. Nous avons developpe dans ce cas une solution analytique qui permet de decrire avec precision les ecoulements dans des cellules allongees. Nous nous sommes aussi interesses a la naissance de la thermogravitation lorsque le facteur de separation est egal a 1. Une etude de stabilite lineaire nous a permis de determiner les seuils d'apparition de la thermogravitation. La simulation numerique directe nous a permis de mettre en evidence des regimes oscillatoires, nuisibles au processus de separation.

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Mainguy, Marc. "Modèles de diffusion non linéaire en milieux poreux. Applications a la dissolution et au séchage des matériaux cimentaires." Phd thesis, Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, 1999. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00869152.

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La durabilité des structures en béton du génie civil est conditionnée par la diffusion d'espèces chimiques dans le réseau poreux du matériau cimentaire. C'est en particulier le cas avec le transport des ions chlore dans les bétons et avec la lixiviation et le séchage des matériaux à base de ciment. Des modélisations de ces phénomènes, basées sur la méthode des volumes finis, sont présentées dans ce travail dans le but de fournir des outils de prédiction de la dégradation des matériaux cimentaires. La dégradation chimique d'un matériau poreux est d'abord étudiée à partir d'un modèle simplifie de diffusion et de dissolution non instantanée. Des solutions analytiques correspondant à des cas limites sont comparées à celles obtenues par un schéma numérique de volumes finis. La concordance des résultats montre que cette méthode numérique simule parfaitement la progression de fronts de dissolution raides. Le modèle simplifie est ensuite étendu au cas de la lixiviation d'une pâte de ciment, permettant ainsi la restitution de résultats expérimentaux. Le transport des ions chlore est modélisé par une équation de diffusion-sorption. Le cas d'une isotherme de fixation de Freundlich conduit à un front de pénétration des chlorures, observe sur des résultats expérimentaux et une simulation numérique. Une modélisation des transferts hydriques en milieu poreux non sature est décrite dans la seconde partie et est appliquée au séchage isotherme de matériaux cimentaires faiblement perméables. La comparaison entre les résultats de cette modélisation et d'expériences de séchage sur bétons et pates de ciment permet l'identification du mode de transfert de l'humidité dans ces matériaux. Ce travail débouche sur une méthode de caractérisation de la perméabilité à l'eau des bétons faiblement perméables, paramètre difficilement accessible par les moyens d'investigation classiques.

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Maisse, Éric. "Analyse et simulations numériques de phénomènes de diffusion-dissolution - précipitation en milieux poreux, appliquées au stockage de déchets." Lyon 1, 1998. http://www.theses.fr/1998LYO10021.

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Mainguy, Marc. "Modeles de diffusion non lineaire en milieux poreux. Applications a la dissolution et au sechage des materiaux cimentaires." Marne-la-vallée, ENPC, 1999. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00869152.

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La durabilite des structures en beton du genie civil est conditionnee par la diffusion d'especes chimiques dans le reseau poreux du materiau cimentaire. C'est en particulier le cas avec le transport des ions chlore dans les betons et avec la lixiviation et le sechage des materiaux a base de ciment. Des modelisations de ces phenomenes, basees sur la methode des volumes finis, sont presentees dans ce travail dans le but de fournir des outils de prediction de la degradation des materiaux cimentaires. La degradation chimique d'un materiau poreux est d'abord etudiee a partir d'un modele simplifie de diffusion et de dissolution non instantanee. Des solutions analytiques correspondant a des cas limites sont comparees a celles obtenues par un schema numerique de volumes finis. La concordance des resultats montre que cette methode numerique simule parfaitement la progression de fronts de dissolution raides. Le modele simplifie est ensuite etendu au cas de la lixiviation d'une pate de ciment, permettant ainsi la restitution de resultats experimentaux. Le transport des ions chlore est modelise par une equation de diffusion-sorption. Le cas d'une isotherme de fixation de freundlich conduit a un front de penetration des chlorures, observe sur des resultats experimentaux et une simulation numerique. Une modelisation des transferts hydriques en milieu poreux non sature est decrite dans la seconde partie et est appliquee au sechage isotherme de materiaux cimentaires faiblement permeables. La comparaison entre les resultats de cette modelisation et d'experiences de sechage sur betons et pates de ciment permet l'identification du mode de transfert de l'humidite dans ces materiaux. Ce travail debouche sur une methode de caracterisation de la permeabilite a l'eau des betons faiblement permeables, parametre difficilement accessible par les moyens d'investigation classiques.

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Mesnier, Raphaël. "Étude des liens entre la texture et les propriétés de diffusion de molécules modèles dans des milieux poreux bimodaux." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2008. http://oatao.univ-toulouse.fr/7773/1/mesnier.pdf.

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Nous avons cherché à établir un lien entre le transport de molécules sondes dans des catalyseurs bimodaux d'hydrotraitement et les paramètres texturaux de ces milieux poreux. Les coefficients de diffusion des molécules ont été mesurés dans les macropores et dans les domaines mésoporeux par RMN à gradient de champ pulsé, deux régimes de diffusion ont été mis en évidence. Les isothermes d'adsorption non linéaire ont été mesurées. Deux modèles de diffusion-adsorption ont été construits en utilisant la théorie du changement d'échelle : un modèle à simulation directe et un modèle équilibre local. L'ajustement des courbes simulées aux courbes expérimentales de cinétique de diffusion en colonne permet de déterminer les paramètres d'adsorption et le coefficient de diffusion effectif dans le domaine mésoporeux. Ces paramètres sont en accord avec les mesures RMN et les isothermes. Nous avons montré que ces systèmes avaient le même comportement qu’un milieu homogène. ABSTACT : The aim of this work is to understand the link between transport properties of large probe molecules and the texture of biporous (meso and macroporous) catalysts. Diffusion coefficients in porous media are measured by pulsed field gradient NMR. This technique allows us to determine two diffusion coefficients: one in the macroporosity and another in the mesoporosity. Two models are built by using a volume averaging technique : a direct simulation model and a local equilibrium model. The non linear adsorption isotherms of probe molecules are measured. Simulations are compared with experimental data obtained by measuring the decrease of the concentration of probe molecules in a solution in contact with a biporous support. The obtained effective diffusion coefficient in the mesoporous phase and the adsorption parameters are in good agreement with previous NMR and isotherms measurements. We show that this kind of system behaves as a homogeneous medium

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Mesnier, Raphaël Quintard Michel. "Étude des liens entre la texture et les propriétés de diffusion de molécules modèles dans des milieux poreux bimodaux." Toulouse : INP Toulouse, 2009. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000743.

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Dartois, Arthur. "Étude de la macro-dispersion de particules inertes dans des milieux poreux 3D fortement hétérogènes." Thesis, Poitiers, 2016. http://www.theses.fr/2016POIT2317/document.

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Les milieux poreux font partie des formations géologiques assez répandue dans la nature et son sujet d'études intensives. L'engouement de ce sujet vient des multiples secteurs d'applications de ces recherches et leur importance dans notre société. Que ce soit de la part des sociétés pétrolières qui souhaitent optimiser leurs moyens de productions, les agences de contrôles environnementaux qui veulent prévenir la contamination de nappe phréatique et la fuite de déchets nucléaires ou encore des industriels avec des problèmes de drainages et de réhabilitation de mines, tous ces acteurs dépendent des recherches faites dans ce domaine. Cependant, un des principaux problèmes de ce sujet est l'inaccessibilité des milieux que nous voulons étudier. Pour palier à cela de nombreuses équipes se sont tournées vers la simulation numérique. Cette thèse s'inscrit dans ce cadre et utilise le module PARADIS du logiciel d'hydrogéologie H2olab pour modéliser le transport de particules dans des milieux poreux fortement hétérogènes. Grâce aux données obtenues et à des comparaisons avec la littérature nous montrerons l'effet du passage au 3D sur la topologie de l'écoulement et les répercussions sur le transport de particules ainsi que l'effet de la diffusion moléculaire sur les coefficients de macro-dispersion. Enfin nous proposerons deux lois de transport reliant macrodispersion, variance du champ de perméabilité et diffusion moléculaire
Heterogeneous porous media have been intensively studied these last fifty years. The popularity of this subject come from the multiple areas where these researches can be applied and their importance to our society. Whether from the oil companies that want to optimize their methods of production, environmental control agencies who want to prevent contamination of ground water and leakage of nuclear waste or industrial with drainage issues and mine rehabilitation, all these actors depend on research done in this area. However, one of the main problems of this subject is the accessibility of these porous media which are often several hundred meters underground. To overcome this, many teams have turned to computer simulation. This thesis is among them and uses the PARADIS module from the hydrogeology software H2olab to model particle transport in highly heterogeneous porous media. Thanks to the data obtained and comparisons with the literature, we show the impact of switching from a 2D to a 3D porous media on the ow topology and the repercussions on the particle transport. Furthermore, we also investigated the effect of molecular diffusion coefficients on macro-dispersion. Finally, we will propose two empirical functions linking macro-dispersion variance of the permeability field and molecular diffusion

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Pinson, François Simonin Olivier. "Modélisation à l'échelle macroscopique d'un écoulement turbulent au sein d'un milieu poreux." Toulouse : INP Toulouse, 2006. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000287.

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Davarzani, Hossein. "Déterminations théorique et expérimentale des coefficients de diffusion et de thermodiffusion en milieu poreux." Thesis, Toulouse, INPT, 2010. http://www.theses.fr/2010INPT0003/document.

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Les conséquences liées à la présence de gradients thermiques sur le transfert de matière en milieu poreux sont encore aujourd’hui mal appréhendées, essentiellement en raison de la complexité induite par la présence de phénomènes couplés (thermodiffusion ou effet Soret). Le but de cette thèse est d’étudier et de comprendre l’influence que peut avoir un gradient thermique sur l’écoulement d’un mélange. L’objectif principal est de déterminer les coefficients effectifs modélisant les transferts de chaleur et de matière en milieux poreux, et en particulier le coefficient de thermodiffusion effectif. En utilisant la technique de changement d’échelle par prise de moyenne volumique nous avons développé un modèle macroscopique de dispersion incluant la thermodiffusion. Nous avons étudié en particulier l'influence du nombre de Péclet et de la conductivité thermique sur la thermodiffusion. Les résultats ont montré que pour de faibles nombres de Péclet, le nombre de Soret effectif en milieu poreux est le même que dans un milieu libre, et ne dépend pas du ratio de la conductivité thermique (solide/liquide). À l'inverse, en régime convectif, le nombre de Soret effectif diminue. Dans ce cas, un changement du ratio de conductivité changera le coefficient de thermodiffusion effectif. Les résultats théoriques ont montré également que, lors de la diffusion pure, même si la conductivité thermique effective dépend de la connectivité de la phase solide, le coefficient effectif de thermodiffusion est toujours constant et indépendant de la connectivité de la phase solide. Le modèle macroscopique obtenu par cette méthode est validé par comparaison avec des simulations numériques directes à l'échelle des pores. Un bon accord est observé entre les prédictions théoriques provenant de l'étude à l’échelle macroscopique et des simulations numériques au niveau de l’échelle de pores. Ceci démontre la validité du modèle théorique proposé. Pour vérifier et consolider ces résultats, un dispositif expérimental a été réalisé pour mesurer les coefficients de transfert en milieu libre et en milieu poreux. Dans cette partie, les nouveaux résultats expérimentaux sont obtenus avec un système du type « Two-Bulb apparatus ». La diffusion et la thermodiffusion des systèmes binaire hélium-azote et hélium-dioxide de carbone, à travers des échantillons cylindriques remplis de billes de différents diamètres et propriétés thermiques, sont mesurées à la pression atmosphérique. La porosité de chaque milieu a été déterminée par la construction d'une image 3D de l'échantillon par tomographie. Les concentrations sont déterminées par l'analyse en continu de la composition du mélange de gaz dans les ampoules à l’aide d’un catharomètre. La détermination des coefficients de diffusion et de thermodiffusion est réalisée par confrontation des relevés temporels des concentrations avec une solution analytique modélisant le transfert de matière entre deux ampoules. Les résultats sont en accord avec les résultats théoriques. Cela permet de conforter l’influence de la porosité des milieux poreux sur les mécanismes de diffusion et de thermodiffusion
A multicomponent system, under nonisothermal condition, shows mass transfer with cross effects described by the thermodynamics of irreversible processes. The flow dynamics and convective patterns in mixtures are more complex than those of one-component fluids due to interplay between advection and mixing, solute diffusion, and thermal diffusion (or Soret effect). This can modify species concentrations of fluids crossing through a porous medium and leads to local accumulations. There are many important processes in nature and industry where thermal diffusion plays a crucial role. Thermal diffusion has various technical applications, such as isotope separation in liquid and gaseous mixtures, identification and separation of crude oil components, coating of metallic parts, etc. In porous media, the direct resolution of the convection-diffusion equations are practically impossible due to the complexity of the geometry; therefore the equations describing average concentrations, temperatures and velocities must be developed. They might be obtained using an up-scaling method, in which the complicated local situation (transport of energy by convection and diffusion at pore scale) is described at the macroscopic scale. At this level, heat and mass transfers can be characterized by effective tensors. The aim of this thesis is to study and understand the influence that can have a temperature gradient on the flow of a mixture. The main objective is to determine the effective coefficients modelling the heat and mass transfer in porous media, in particular the effective coefficient of thermodiffusion. To achieve this objective, we have used the volume averaging method to obtain the modelling equations that describes diffusion and thermodiffusion processes in a homogeneous porous medium. These results allow characterising the modifications induced by the thermodiffusion on mass transfer and the influence of the porous matrix properties on the thermodiffusion process. The obtained results show that the values of these coefficients in porous media are completely different from the one of the fluid mixture, and should be measured in realistic conditions, or evaluated with the theoretical technique developed in this study. Particularly, for low Péclet number (diffusive regime) the ratios of effective diffusion and thermodiffusion to their molecular coefficients are almost constant and equal to the inverse of the tortuosity coefficient of the porous matrix, while the effective thermal conductivity is varying by changing the solid conductivity. In the opposite, for high Péclet numbers (convective regime), the above mentioned ratios increase following a power law trend, and the effective thermodiffusion coefficient decreases. In this case, changing the solid thermal conductivity also changes the value of the effective thermodiffusion and thermal conductivity coefficients. Theoretical results showed also that, for pure diffusion, even if the effective thermal conductivity depends on the particle-particle contact, the effective thermal diffusion coefficient is always constant and independent of the connectivity of the solid phase. In order to validate the theory developed by the up-scaling technique, we have compared the results obtained from the homogenised model with a direct numerical simulation at the microscopic scale. These two problems have been solved using COMSOL Multiphysics, a commercial finite elements code. The results of comparison for different parameters show an excellent agreement between theoretical and numerical models. In all cases, the structure of the porous medium and the dynamics of the fluid have to be taken into account for the characterization of the mass transfer due to thermodiffusion. This is of great importance in the concentration evaluation in the porous medium, like in oil reservoirs, problems of pollution storages and soil pollution transport. Then to consolidate these theoretical results, new experimental results have been obtained with a two-bulb apparatus are presented. The diffusion and thermal diffusion of a helium-nitrogen and helium-carbon dioxide systems through cylindrical samples filled with spheres of different diameters and thermal properties have been measured at the atmospheric pressure. The porosity of each medium has been determined by construction of a 3D image of the sample made with an X-ray tomograph device. Concentrations are determined by a continuous analysing the gas mixture composition in the bulbs with a katharometer device. A transient-state method for coupled evaluation of thermal diffusion and Fick coefficients in two bulbs system has been proposed. The determination of diffusion and thermal diffusion coefficients is done by comparing the temporal experimental results with an analytical solution modelling the mass transfer between two bulbs. The results are in good agreement with theoretical results and emphasize the porosity of the medium influence on both diffusion and thermal diffusion process. The results also showed that the effective thermal diffusion coefficients are independent from thermal conductivity ratio and particle-particle touching

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Guillon, Valentin. "Dispersion en milieux poreux insaturés : modélisations et mesures RMN de distributions de vitesse." Phd thesis, Université d'Avignon, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00853660.

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La dispersion dans des milieux poreux homogènes (empilements de grains) a été étudiée par des mesures par résonance magnétique nucléaire (RMN) et des simulations de marches aléatoires dans un réseau de pores. La RMN permet de mesurer l'ensemble des déplacements des molécules d'eau durant un temps tΔ, et d'obtenir propagateurs et moments caractéristiques. L'évolution temporelle du second moment σ (σ2 ∝ taΔ) permet de caractériser de manière précise le régime de dispersion des molécules (Gaussien ou anormal). Des mesures pour des écoulements de 15 < Pe < 45 dans un empilement de grains de 30μm ont permis d'observer une dispersion anormale faiblement super-dispersive (a = 1.17) en écoulement saturé et une augmentation progressive du caractère super-dispersif avec la diminution de la saturation en eau (jusqu'à a = 1.5 pour 42 %)lors d'une co-injection stationnaire eau-huile. En écoulement saturé, les propagateurs et courbes de percée sont quasi-gaussiennes, tandis qu'en écoulement insaturé, les propagateurs sont asymétriques et les courbes de percée présentent des trainées aux grands temps. Dans ces conditions, on montre que la dispersion anormale observée est mieux décrite par des lois stables de Lévy que par des lois gaussiennes. Des simulations de marche aléatoire ont été réalisées dans un réseau de pores extrait d'un milieu poreux réel par imagerie microscanner.Elles permettent d'obtenir les mêmes informations que la RMN, les marcheurs se déplaçant par advection et diffusion. Ces simulations montrent l'existence d'une stagnation non observée dans les expériences, montrant que la simplification du réseau poreux est trop importante et empêche de reproduire certains aspects du champ de vitesses détecté par la RMN. Toutefois, l'évolution temporelle du second moment a également un caractère super-dispersif à temps long à 100 % de saturation

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Ortega, Ramirez Miriam Patricia. "Analysis of soil structural and transfer properties using pore scale images and numerical modelling." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAU017/document.

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.Dans cette thèse, il a été étudié la structure des milieux poreux, en particulier sur des sols sableux et un paquet virtuel de sphères; Sur la base de références bibliographiques, nos propres outils ont été créés pour calculer la porosité, la surface spécifique et la distribution de la taille des pores. Nous avons construit un algorithme pour résoudre l'équation de diffusion de l'advection directement sur la structure du milieu poreux (en utilisant un résultat d'image 3D du scan $ mu $ CT du support poreux). Nous avons utilisé l'opérateur de division pour calculer la partie advective avec une méthode de volume fini (FV), mettant en œuvre un schéma de réduction de la variation totale (TVD). La partie diffusion a été calculée en utilisant une méthode de FV et avec l’aide du logiciel MUMPS pour résoudre le système linéaire résultant. A partir du champ de concentration obtenu avec l’algorithme et suivant une méthode de moyenne volumique, nous avons calculé les propriétés macroscopiques de: dispersivité et coefficient de dispersion à Pe = 223,23,2.3,0,23 pour un échantillon de sable de Fontainbleau NE34. Nous avons observé que ces résultats dépendent de la qualité de l'image 3D. Les propriétés structurelles et de transport ont été étudiées à l'aide d'images 3D à différentes résolutions. Les images à différentes résolutions ont été appelées images redimensionnées, elles ont été générées numériquement et prises directement à partir du micro CT scan. Comme premier résultat, nous avons proposé un critère basé sur la distribution de la taille des pores pour déterminer si une résolution d'image 3D convient ou non au calcul de la perméabilité d'un matériau granulaire avec une méthode de volume fini (FV). Dans un deuxième résultat, nous avons montré comment les propriétés des macros de transport de soluté sont moins affectées par une détérioration de la résolution que la propriété d’écoulement de la perméabilité (les deux cas sont calculés par une méthode FV). Et comme troisième résultat, nous avons montré qu'une image numérique redimensionnée préserve davantage le comportement des propriétés macroscopiques qu'une image réelle redimensionnée
In this thesis it was studied the structure of the porous media, particularly on a sandy soils and a virtual pack of spheres; based on bibliographic references here were generated our own tools to compute the porosity, specific surface and pore size distribution. We built an algorithm to solve advection diffusion equation directly on the porous media structure (using a 3D image result of the $mu $ CT scan of the porous media). We used the splitting operator to compute the advective part with a Finite Volume (FV) method, implementing a Total Variation Diminishing (TVD) scheme. The diffusion part was computed using with a FV method with the assistance of the MUMPS software to solve the resulting linear system. From the concentration field obtained with the algorithm and following a volume averaging method, we computed the macroscopic properties of: dispersivity and dispersion coefficient at Pe=223,23,2.3,0.23 for a sample of Fontainbleau NE34 sand. We observing that these results depend on the quality of the 3D image, structural and transport properties were studied using 3D images at different resolutions. The images at different resolutions were called rescaled images, and they were generated numerically and taken directly from the micro CT scan. As a first result we proposed a criterion based on the pore size distribution to assess if a 3D image resolution is suitable or not for permeability computation of a granular material with a finite volume (FV) method. As a second result we showed how the solute transport macro properties are less affected by a deterioration of the resolution than the flow property of permeability (both cases computed through a FV method). And as a third result we showed that a numerical rescaled image preserve the behavior of the macroscopic properties more than a real rescaled image

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Didierjean, Sophie. "Étude de la dispersion en milieux poreux périodiques bidimensionnels réalisés par stéréophotolithographie." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1994. http://www.theses.fr/1994INPL047N.

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Ce travail est consacré à l'étude de la dispersion en milieux poreux saturés. Dans le cas de la dispersion transitoire dans un tube de section circulaire, le terme de diffusion de l'équation moyenne se transforme en un terme de relaxation linéaire. Aux temps courts ou en des positions axiales proches du point d'injection, le mélange est de type convectif. Aux temps longs, on retrouve le résultat de Taylor. Aux temps intermédiaires, le mélange convectif et le mélange diffusif sont du même ordre; le profil temporel de concentration moyenne présente alors un double pic. Nous discutons de la limite de validité du calcul proposé par comparaison avec les résultats de la littérature et le calcul en convection pure. Les milieux poreux sont fabriqués par stéréophotolithographie laser. Ils sont constitués d'un arrangement ordonné ou désordonné de cylindres circulaires formant une cellule unité reproduite périodiquement dans le plan d'étude. Pour deux directions de l'écoulement moyen dans un milieu en ligne, et une direction de l'écoulement dans un milieu désordonné, on compare l'évolution de la concentration mesurée par une camera et moyennée sur la cellule unité, avec celle prévue par la théorie. Le coefficient de dispersion longitudinal peut ainsi être déterminé en régime asymptotique et comparé aux valeurs prévues théoriquement. La technique mise au point ici se révèle très prometteuse pour l'élucidation des mécanismes de dispersion en milieu poreux

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Benkhalifa, Mohamed Tai͏̈eb. "Ecoulement visqueux de diffusion binaire dans un pore : application à la détermination du coefficient de diffusion équivalent dans un milieu poreux." Poitiers, 1994. http://www.theses.fr/1994POIT2327.

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Le phenomene de transport de masse constitue par le mecanisme de la diffusion binaire visqueuse de gaz a ete analyse finement au niveau d'un pore microscopique. Le phenomene de recirculation d'air est quantifie numeriquement dans un pore cylindrique en tenant compte de l'influence du fond et des parois. Les forces de viscosite le long des parois freinent la diffusion et l'on montre l'ecart a la solution de reference dite de stefan sans viscosite avec un air stagnant. Les flux d'air qui descendent le long des parois du pore montrent la possibilite d'une oxydation des composes qui impregnent la structure, comme par exemple les tanins du bois. Un fluide, diffusant dans un milieu poreux, passe a travers des capillaires microscopiques et subit deux types de resistances a la diffusion: une resistance reguliere due aux frottements visqueux aux parois de ce capillaire et une resistance singuliere due aux changements de sections. Les resultats numeriques de l'evaluation de ces resistances au niveau du pore sont utilises pour predire le coefficient de diffusion equivalent d'un assemblage de pores reconstituant des milieux poreux periodiques. On constate un bon accord avec des experiences issues de la litterature. L'effet de la viscosite est loin d'etre toujours negligeable pour la diffusion gazeuse en milieu poreux

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Urruty, Patrick. "Solutions fortes et solutions renormalisées pour des équations générales de la diffusion en milieu poreux." Pau, 1997. http://www.theses.fr/1997PAUU3006.

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La modélisation des phénomènes du type de la diffusion en milieu poreux conduit à l'analyse mathématique de problèmes paraboliques non linéaires et dégénérés de la forme (P) (U)/T - div (a* (U)) = 0 sur x 0,T, (U) (0) = (U#0) sur , et associés à des conditions de bord convenables. Ce travail est consacré en premier lieu à l'étude de la situation obtenue lorsque la matrice de diffusivité A est A coefficients mesurables et bornés, uniformément coercive. Sous des hypothèses adéquates, l'adaptation des travaux récents de P. Benilan et R. Gariepy permet alors de démontrer pour le problème (P), l'existence et l'unicité d'une solution forte ( (U)/T est au moins une fonction intégrable sur x 0,T). On entreprend en second lieu l'étude du cas général ou le tenseur de diffusivité, de la forme A (x, (U)), se trouve affecté par l'état instantané du système. Lorsque l'opérateur de diffusion dégénéré exclusivement pour les deux valeurs extremales de l'inconnue U, on observe alors que toute solution faible du problème (P) est renormalisée, selon une définition adaptée notamment des travaux de P. L. Lions et F. Murat, puis, raisonnant sur cette nouvelle approche, on démontre un principe de conservation de l'ordre conduisant a des résultats d'unicité nouveaux.

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Froidefond, Jean-Jacques. "Une approche méthodologique utilisant le réacteur tubulaire à monoempilement de particules pour l'obtention de paramètres caractéristiques de la diffusion gazeuse dans les milieux poreux granulaires." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1992. http://www.theses.fr/1992INPL139N.

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La présente étude a été mise en œuvre pour déterminer certaines grandeurs caractérisant la difusibilité des gaz au sein des matériaux poreux granulaires. Le modèle d'écoulement dispersif-concentrique a été retenu parmi toutes les représentations phénoménologiques de la littérature et applique au réacteur tubulaire à monoempilement de particules (ou RTMP). Ce réacteur, de géométrie simplissime, est rattache a une fonction de transfert dans une approche systémique utilisant la méthode de distribution des temps de séjour. Celle-ci prend en compte entre autres, au travers de paramètres, les processus de diffusion. Des signaux expérimentaux obtenus par chromatographie sont alors envoyés au travers du RTMP. Une décomposition en série de Fourier de ces derniers conduit a pouvoir comparer un signal de sortie du RTMP théorique (obtenu à partir du signal d'entrée expérimental et de la fonction de transfert théorique) avec le signal correspondant réel. Une optimisation de type Rosenbrock, couplée avec des représentations adaptées, permet alors de remonter aux paramètres initialement inconnus, et en particulier les paramètres diffusifs dans le cas de matériaux poreux. Les résultats pour de l'alumine et de l'hématite conduisent a la détermination de tortuosités effectives

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Ledezma, Lopez Gabriel Alejandro. "Suitable representations of gamma alumina porous structures by computational modeling." Thesis, Lyon, 2021. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-03789640.

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Les matériaux poreux sont largement utilisés en génie chimique. À l'échelle mésoporeuse, les effets de confinement influencent la thermodynamique et les conditions de transport. En effet, l'architecture du matériau poreux peut augmenter les limitations de transfert de masse à l'intérieur du catalyseur. Par conséquent, comprendre non seulement les propriétés texturales mais aussi la topologie du solide est important pour améliorer les performances du catalyseur et la précision des différents modèles permettant de concevoir et d'évaluer les performances des réacteurs hétérogènes. L'alumine gamma est un matériau poreux désordonné à tortuosité élevée très souvent utilisé dans le raffinage du pétrole et la pétrochimie, dont la topologie n'est pas encore totalement comprise (1, 43, 44). Des articles de recherche récents suggèrent que ce matériau a différents domaines de pores, chacun caractérisé par sa propre distribution de taille de pores et sa propre fraction de vide (45). L'interaction entre ces différents niveaux joue clairement un rôle dans une diffusion efficace. En créant des jumeaux numériques d'échantillons réels d’alumine, il est possible de mieux comprendre comment les propriétés texturales et la topologie du réseau influencent la diffusion à travers le réseau à un niveau fondamental. Dans ce travail, un modèle de génération de réseau de pores rapide et flexible est créé. Ensuite, différents algorithmes pour caractériser le réseau de pores numériques sont développés. Ces algorithmes simulent la porosimétrie à l'azote, la porosimétrie au mercure, la cryoporométrie et la résonance magnétique nucléaire à gradient de champ pulsé (PFG-RMN). Un jumeau numérique d'alumine gamma est finalement créé en optimisant les paramètres d'entrée du modèle de réseau de pores pour s'adapter à une isotherme de sorption mesurée expérimentalement. En utilisant des simulations de diffusion sur le modèle de réseau de pores ajusté aux courbes de sorption d'azote, un facteur de tortuosité a été prédit qui diffère de moins de 20 % du facteur de tortuosité mesuré par PFG-RMN. Cela illustre comment un jumeau numérique permet de fournir une estimation raisonnable du facteur de tortuosité à partir d'expériences de porosité à l'azote facilement disponibles
Porous materials are widely used in chemical engineering. At the mesoporous scale, confinement effects influence the thermodynamic of the system and the transport conditions. Indeed, the architecture of the pore network is the origin of mass transfer limitations within disordered porous materials. Therefore, it is important to understand not just the textural properties of the solid but also its pore network characteristics. Gamma-alumina is a disordered porous material with an elevated tortuosity very often used in the oil refining and petrochemistry, whose topology is not yet fully understood (1, 43, 44). Recent research articles propose that this material has different pore domains, each one characterized by its own pore size distribution and void fraction (45). The interplay among these different levels clearly plays a role in effective diffusion. This work intends to better understand the textural and topological descriptors of gamma alumina by creating a digital representation of it. The catalyst is represented using a pore network model. The pore network representation is then characterized using originally developed computational equivalents of textural and mass transfer characterization techniques. The experimental validation was done through the generation of digital twins for real gamma alumina samples. Using diffusion simulations on the pore network model fitted to the nitrogen sorption curves, a tortuosity factor was predicted that differs by less than 20% from the tortuosity factor measured by PFG-NMR. This illustrates how a digital twin allows to provide a reasonable estimate for the tortuosity factor from readily available nitrogen porosity experiments. The research work in this thesis is the start of the path to ultimate goal of improving the catalytic performance of disordered porous catalyst by the digital optimal design of the material architecture. At the same time, the accuracy of the models used to design and evaluate heterogeneous reactor performance will be improved

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Oumouni, Mestapha. "Analyse numérique de méthodes performantes pour les EDP stochastiques modélisant l'écoulement et le transport en milieux poreux." Phd thesis, Université Rennes 1, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00904512.

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Ce travail présente un développement et une analyse des approches numériques déterministes et probabilistes efficaces pour les équations aux dérivées partielles avec des coefficients et données aléatoires. On s'intéresse au problème d'écoulement stationnaire avec des données aléatoires. Une méthode de projection dans le cas unidimensionnel est présentée, permettant de calculer efficacement la moyenne de la solution. Nous utilisons la méthode de collocation anisotrope des grilles clairsemées. D'abord, un indicateur de l'erreur satisfaisant une borne supérieure de l'erreur est introduit, il permet de calculer les poids d'anisotropie de la méthode. Ensuite, nous démontrons une amélioration de l'erreur a priori de la méthode. Elle confirme l'efficacité de la méthode en comparaison avec celle de Monte Carlo et elle sera utilisée pour accélérer la méthode par l'extrapolation de Richardson. Nous présentons aussi une analyse numérique d'une méthode probabiliste pour quantifier la migration d'un contaminant dans un milieu aléatoire. Nous considérons le problème d'écoulement couplé avec l'équation d'advection-diffusion, où on s'intéresse à la moyenne de l'extension et de la dispersion du soluté. Le modèle d'écoulement est discrétisé par une méthode des éléments finis mixtes, la concentration du soluté est une densité d'une solution d'une équation différentielle stochastique, qui sera discrétisée par un schéma d'Euler. Enfin, nous présentons une formule explicite de la dispersion et des estimations de l'erreur a priori optimales.

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Tevissen, Etienne. "Méthodologie d'étude et modélisation du transport de solutes en milieux poreux naturels : application à la migration du chrome dans la nappe alluviale du Drac (Isère)." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1993. http://www.theses.fr/1993INPL089N.

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On présente une méthodologie d'étude du transport de solutés interactifs en milieu poreux naturel, basée sur l'expérimentation et la modélisation. La modélisation s'effectue grâce à un code de calcul couplant hydrodynamique et géochimie, des améliorations y sont apportées avec la prise en compte de corrections d'activité et surtout, avec la simulation d'effets cinétiques chimiques ou diffusionnels. La méthodologie proposée a été appliquée au cas de migration du chrome dans la nappe alluviale du Drac (Isère). L'étude du site expérimental associée à la connaissance générale de la chimie du chrome, a permis de définir et de cadrer les expériences à mener au laboratoire pour caractériser les interactions du chrome avec les alluvions. Ces expériences ont montré que c'est un phénomène d'adsorption qui impose la répartition du chrome hexavalent entre phases mobile et immobile. Ce phénomène a ensuite été décrit à l'équilibre thermodynamique par deux modèles, le premier utilise un phénomène élémentaire de type échange anionique entre chromate et bicarbonate, le second est résumé à une loi de Langmuir. Les courbes expérimentales ont été simulées en considérant ces deux modèles avec des limitations cinétiques. Les expériences de traçage sur le site ont montre que le chrome hexavalent y a un comportement equivalent a un traceur d'eau. Ce résultat souligne que certains paramètres capacitifs des interactions ne peuvent être déterminés au laboratoire et doivent faire l'objet de mesures in-situ

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Teriierooiterai, Marie-Laure. "Caractérisation ultrasonore d'un milieu poreux : application aux céramiques poreuses d'hydroxyapatite." Tours, 1999. http://www.theses.fr/1999TOUR3305.

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Ce travail de recherche s'inscrit dans un programme de lutte contre l'ostéoporose. Cette pathologie se traduit par une déminéralisation osseuse qui touche particulièrement l'os trabéculaire. La caractérisation ultrasonore permettrait un suivi dans le temps de la déminéralisation osseuse, mais elle nécessite de comprendre les mécanismes de l'interaction os poreux/ondes ultrasonores et de pouvoir relier les paramètres ultrasonores mesurés aux caractéristiques de structure du milieu. Dans ce but, des céramiques poreuses d'hydroxyapatite ont été choisies comme modèle osseux. Ce travail se divise en trois volets distincts : l'étude de la théorie de Biot, une étude expérimentale complète de l'influence des paramètres de structure sur les paramètres ultrasonores et enfin une étude de la diffusion à haute fréquence. La théorie de Biot décrit la propagation des ondes sonores dans un milieu poreux saturé par un fluide. Elle prédit la présence de deux ondes longitudinales qui ont été toutes les deux observées dans les céramiques. Deux paramètres ultrasonores ont pu en être dégagés : la vitesse de l'onde lente et une fréquence caractéristique. Toutefois, ces deux paramètres n'ont pu être mesurés pour ce cas particulier. L'ensemble des mesures réalisées montre que l'atténuation est sensible uniquement aux tailles du système contrairement à la vitesse ultrasonore qui est sensible à la densité et à l'élasticité de la matrice solide. Un paramètre est défini empiriquement et est appelé fréquence de transition. Cette fréquence très sensible aux tailles du système se situe à la transition du régime propagatif et du régime diffusif. La diffusion joue un rôle important pour discriminer les tailles du système et la mesure du libre parcours moyen à différentes fréquences permet de déterminer la zone séquentielle où elle apparaît.

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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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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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Vohralík, Martin. "Méthodes numériques pour les équations elliptiques et paraboliques non linéaires : application à des problèmes d'écoulement en milieux poreux et fracturés." Paris 11, 2004. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00008451.

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Nous étudions des méthodes numériques pour la simulation de l'écoulement et du transport de contaminants en milieux poreux et fracturés. Au chapitre 1, nous proposons un schéma permettant une discrétisation efficace, robuste, conservative et stable des équations de convection–réaction–diffusion paraboliques dégénérées sur des maillages non structurés en dimensions 2 ou 3 d'espace. Nous discrétisons le terme de diffusion, en général anisotrope, par la méthode des éléments finis non conformes et les autres termes par celle des volumes finis et démontrons l'existence et l'unicité d'une solution discrète et sa convergence vers une solution faible. Nous proposons finalement une variante de ce schéma pour des maillages qui ne se raccordent pas et nous l'appliquons aux simulations réelles. Au chapitre 2, nous présentons une démonstration constructive des inégalités de Poincaré–Friedrichs discrètes et indiquons les valeurs optimales des constantes dans ces inégalités. Ces résultats sont importants dans l'analyse de méthodes numériques non conformes. Au chapitre 3, nous montrons que la méthode des éléments finis mixtes de Raviart–Thomas de plus bas degré est équivalente à un schéma de volumes finis à plusieurs points. Cette approche permet de réduire le temps de calcul de la méthode des éléments finis mixtes, tout en conservant sa grande précision, ce qui est confirmé par les tests numériques. Enfin, au chapitre 4, nous proposons une version de la méthode des éléments finis mixtes pour la simulation de l'écoulement dans un réseau de fractures perturbant un massif rocheux, démontrons qu'elle est bien posée et étudions sa relation avec la méthode des éléments finis non conformes
We study numerical methods for the simulation of flow and contaminant transport in porous and fractured media. In Chapter 1 we propose a scheme allowing for efficient, robust, conservative, and stable discretizations of nonlinear degenerate parabolic convection–reaction–diffusion equations on unstructured grids in two or three space dimensions. We discretize the generally anisotropic diffusion term by means of the nonconforming finite element method and the other terms by means of the finite volume method and show the existence and uniqueness of a discrete solution and its convergence to a weak solution. We finally propose a version of this scheme for nonmatching grids and apply it to real simulations. In Chapter 2 we present a direct proof of the discrete Poincaré–Friedrichs inequalities and indicate optimal values of the constants in these inequalities. The results are important in the analysis of nonconforming numerical methods. In Chapter 3 we show that the lowest-order Raviart–Thomas mixed finite element method is equivalent to a particular multi-point finite volume scheme. This approach allows significant reduction of the computational time of the mixed finite element method without any loss of its high precision, which is confirmed by numerical experiments. Finally, in Chapter 4 we propose a version of the lowest-order Raviart–Thomas mixed finite element method for flow simulation in fracture networks that perturb rock massifs, prove that it is well posed, and study its relation to the nonconforming finite element method

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Ceballos, Loïc. "Caractérisation des propriétés fluidiques des couches de diffusion des piles à combustible PEMFC par une approche numérique de type réseaux de pores et par une analyse d’images issues de la tomographie X." Thesis, Toulouse, INPT, 2011. http://www.theses.fr/2011INPT0001/document.

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Cette thèse est consacrée à l'étude des propriétés des transports diphasiques au sein des couches de diffusions (Gas Diffusion Layer = GDL) des piles à combustible PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cells). La GDL est faite d'une structure fibreuse (dont l'épaisseur est de quelques centaines de micromètres) traitée généralement avec une matière hydrophobe. Des images numériques de la GDL réelle obtenues par tomographie X sont d'abord analysées afin d'étudier des propriétés telles que la porosité, la perméabilité, ou le tenseur de diffusion. L'écrasement de la GDL est ensuite simulé en utilisant un algorithme comprimant les fibres dans un plan transversal. Les transports diphasiques (invasion quasi statique d'eau liquide) sont modélisés dans des réseaux de pores, milieux représentatifs de l'espace poreux de la GDL, en relation avec le problème de la gestion de l'eau dans les piles PEMFC. Deux algorithmes d'invasion, dénommés algorithmes séquentiel et cinétique, sont développés et comparés pour analyser les distributions de phases au sein des GDL. Un point clé est que l'eau rentre dans la couche poreuse par divers points d'injection indépendants, conduisant à la possibilité de multiples points de percée. Des expériences sur un système microfluidique sont conduites pour valider les algorithmes utilisés. Une étude statistique est menée pour caractériser le nombre de points de percée, les profils de saturation, l'accès au gaz, le transport diffusif, de même que l'influence du piégeage et de la mouillabilité mixte
This thesis is devoted to the study of transport properties and two-phase flow in the Gas Diffusion Layer (GDL) of Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC). A GDL is a thin fibrous structure (a few hundreds μm thick) treated generally with a hydrophobic agent. Numerical images obtained from X-ray computed tomography X are first exploited to study properties such as the porosity, permeability and diffusion tensors of a real GDL microstructure. The effect of GDL compression is also investigated using an algorithm mimicking the compression in GDL through plane direction. Then two phase flow (quasi-static water invasion) is studied in relation with the water management problem in PEMFC, using a structured pore network representation of the pore space. Two invasion algorithms, referred to as the sequential and the kinetic algorithm respectively, are developed and compared to study the fluid distributions within the GDL. A key point is that water enters the porous layer through multiple independent inlet injection points, leading to the possibility of many breakthrough points. Experiments are conducted on a microfluidic device to validate the algorithms. A numerical statistical study is performed to characterize the breakthrough point statistics, saturation profiles, gas access, diffusion transport as well as the influence of trapping and mixed wettability

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Chemmi, Houria. "Diffusion multi-échelle et sorption hydrique dans les matériaux cimentaires." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00671390.

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L'objectif essentiel de ce travail a été d'étudier les phénomènes physiques associés au transport hydrique dans les matériaux cimentaires ayant achevé leur période de grande réactivité à l'eau. La compréhension des mécanismes de ce transport hydrique est critique pour améliorer la durabilité de ces matériaux de grande diffusion. Nous nous sommes particulièrement intéressés à des pâtes de ciment CEM I gris et blanc vieillies en atmosphère contrôlée sur de longues périodes pouvant aller jusqu'à deux ans. Afin de découpler les phénomènes de transport hydrique dans les pâtes cimentaires et associés aux différentes échelles imbriquées, nous avons également étudié des matériaux poreux calibrés dans des gammes d'échelles isolées des micro-, méso- et macropores. Nous avons utilisé une plateforme RMN multi-échelles présentant à la fois des techniques de spectroscopie, de relaxométrie à haut et bas-champ et de diffusométrie. D'autres techniques de caractérisation comme la conductivité et la tomographie RX ont été également utilisées. Une attention particulière a été portée sur l'intégration du contrôle de l'humidité dans les différentes sondes RMN et sur l'analyse des données expérimentales afin d'extraire des indicateurs pertinents pour l'étude du transport hydrique. Grâce à ces techniques et à des modèles originaux, nous avons montré que non seulement la géométrie intervient sur la connectivité par son aspect topologique mais de plus elle contrôle directement la dynamique et le transport hydrique micro-mésoscopique par le confinement. Nous avons aussi expliqué la difficulté à générer une modification de la distribution hydrique aux échelles des micro- et mésopores dans ces pâtes de ciments. Ceci est d'autant plus pertinent pour la durabilité de ces matériaux que plus de 80% de la porosité d'une pâte de ciment se trouve dans cette gamme de tailles de pores. Nous avons également répondu à la question concernant l'impact de l'état de surface et de la géométrie sur la dynamique hydrique dans la classe micro et mésopores de ces matériaux. Enfin, nous avons montré la facilité à modifier l'état hydrique de la macroporosité accessible par opposition à la difficulté de modifier cet état hydrique aux échelles micro et mésoscopique.

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