Author: Pierre GuellecPublisher:
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Languages : fr
Pages : 35
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Calcul des écoulements en milieux poreux par la méthode des éléments finis
Author: Pierre GuellecModélisation de l'écoulement et du transport de masse en milieu poreux avec les éléments finis mixtes et discontinus
Author: Anis YounesPublisher:
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Languages : fr
Pages : 181
Book Description
LA PREMIERE PARTIE DE CE TRAVAIL CONCERNE LA RESOLUTION NUMERIQUE DES EQUATIONS AUX DERIVEES PARTIELLES QUI REGISSENT LE TRANSFERT DE MASSE EN MILIEU POREUX. POUR LA RESOLUTION DE L'EQUATION DE L'ECOULEMENT EN MILIEU HETEROGENE, UNE NOUVELLE FORMULATION POUR LA METHODE DES ELEMENTS FINIS MIXTES AVEC MOINS D'INCONNUES ET SANS AUCUNE APPROXIMATION EST ETABLIE POUR UNE TRIANGULATION QUELCONQUE. DANS LE BUT DE LIMITER LA DISPERSION NUMERIQUE, LA METHODE DES ELEMENTS FINIS DISCONTINUS EST DEVELOPPEE POUR RESOUDRE LA PARTIE CONVECTION DE L'EQUATION DE TRANSPORT. LA SECONDE PARTIE DE CE TRAVAIL EST CONSACREE A L'ETUDE DES PROBLEMES D'ECOULEMENT ET DE TRANSPORT AVEC PRISE EN COMPTE DU CONTRASTE DE MASSE VOLUMIQUE ET/OU DE VISCOSITE. DANS CE BUT, UN MODELE NUMERIQUE FONDE SUR LES METHODES DES ELEMENTS FINIS MIXTES ET DISCONTINUS A ETE DEVELOPPE. UNE PREMIERE VERIFICATION DU MODELE EST REALISEE EN SIMULANT LE PROBLEME D'HENRY POUR LEQUEL UNE SOLUTION SEMI-ANALYTIQUE EXISTE. D'AUTRES SIMULATIONS DE CAS THEORIQUES LARGEMENT EXPLOITES DANS LA LITTERATURE (ELDER, DOME DE SEL) SONT EFFECTUEES ET PERMETTENT UNE BONNE ANALYSE DES PERFORMANCES DES SCHEMAS NUMERIQUES UTILISES. LA DERNIERE PARTIE DE CE TRAVAIL EST CONSACREE A LA SIMULATION D'EXPERIENCES DE TRANSFERT DE SOLUTES AVEC CONTRASTE DE MASSE VOLUMIQUE ET/OU DE VISCOSITE A L'ECHELLE DU LABORATOIRE EN DEUX ET TROIS DIMENSIONS.
Programmes utilisant la méthode des éléments finis pour le calcul des écoulements hydrodynamiques souterrains en milieu saturé
Author: Philippe LaunayPublisher:
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Languages : fr
Pages : 136
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Ce mémoire présente une bibliothèque de programmes (bibliothèque ELFI) permettant de résoudre l'équation de la diffusion qui régit les écoulements hydrodynamiques souterrains dans un milieu poreux et saturé. L'intérêt fondamental de cette bibliothèque repose sur l'utilisation de la méthode des éléments finis pour résoudre cette équation dans un domaine bimensionnel ou tridimensionnel (en particulier, définition de maillages irréguliers). Le champ d'application de cette bibliothèque est donc aussi vaste que le domaine de validité de l'équation précédente. La première partie, essentiellement technique, est une description de chacun des éléments de cette bibliothèque. Ecrits en langage FORTRAN IV, ses programmes traitent les aspects suivants. Introduction et modification des données ; calcul des caractéristiques des écoulements (charges, vitesses, débits) ; dessin automatique des maillages utilisés et des courbes d'isovaleurs des variables définies aux noeuds de ces maillages. La seconde partie présente deux exemples d'utilisation de la bibliothèque ELFI. Le premier, en milieu poreux, se rapporte à l'influence de l’exploitation de gravières sur l'écoulement des eaux souterraines dans le cas d'une nappe alluviale. Le second, en milieu faillé, concerne le problème des venues d'eau dans une exploitation minière. Outre la représentation de systèmes hydrogéologiques réels, cette bibliothèque permet la constitution de modèles correspondant à des configurations types (série d'abaques) fréquemment rencontrées par l'hydrogéologue et faisant intervenir, en particulier, des écoulements tridimensionnels. Un document complémentaire de ce mémoire réunit la description détaillée des fichiers et des ordres d'appel nécessaires à l'utilisation de cette bibliothèque. Ce document doit bien entendu être adapté à chaque configuration informatique.
Modélisation des écoulements en milieux poreux non saturés par la méthode des éléments finis mixtes hybrides
Author: Benjamin BelfortPublisher:
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Languages : fr
Pages : 239
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Cette étude traite de la modélisation des écoulements d’eau en milieux poreux non saturés. Après avoir caractérisé le domaine d’étude, le modèle déterministe fondé sur l’équation non linéaire de Richards est décrit. Ses limites et d’autres alternatives de modélisation sont évoquées. La méthode des éléments finis mixtes hybrides est présentée et une technique originale de condensation de la masse est proposée pour éviter l’apparition d’oscillations non physiques, notamment lors de la simulation de fronts raides d’infiltration. L’estimation de la conductivité relative, à l’échelle de chaque maille du domaine discrétisé, est un aspect essentiel pour améliorer la précision des résultats. Différentes formulations sont décrites, et les comparaisons effectuées sur de nombreux cas tests conduisent à privilégier la moyenne pondérée. Une partie est également consacrée à la gestion des non linéarités. La forme mixte de l’équation de Richards est conservée, et les investigations aboutissent à un algorithme de sélection de la variable de résolution. Concernant la gestion du temps, les méthodes heuristiques traditionnelles peuvent être avantageusement remplacées par des méthodes a priori, qui relient le pas de temps à un calcul d’erreur temporelle. La méthode d’extrapolation sur l’ordre peut alors être efficacement combinée à un contrôleur intégral. Dans la dernière partie de ce mémoire, toutes les optimisations étudiées dans un contexte monodimensionnel sont généralisées dans un algorithme adapté aux écoulements bidimensionnels. Des cas tests sont proposés pour étudier son efficacité par rapport à des méthodes standards.
Programme utilisant la méthode des éléments finis pour le calcul des écoulements hydrodynamiques souterrains en milieu saturé
Author: Philippe Launay (auteur d'une thèse de sciences.)Publisher:
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Languages : fr
Pages : 272
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Méthode multi-échelle pour la simulation d'écoulements miscibles en milieux poreux
Author: Aboubacar KonatéPublisher:
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Languages : fr
Pages : 0
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L'objet de cette thèse est l'étude et la mise en œuvre d'une méthode d'éléments finis multi-échelles pour la simulation d'écoulements miscibles en milieux poreux. La définition des fonctions de base multi-échelles suit l'idée introduite par F. Ouaki. La nouveauté de ce travail consiste à combiner cette approche multi-échelle avec des éléments finis de type Galerkine Discontinus (DG) de façon à pouvoir utiliser ces nouveaux éléments sur des maillages non-conformes composés de mailles de formes diverses. Nous rappelons, dans un premier temps, le principe des méthodes DG et montrons comment ces méthodes peuvent être utilisées pour discrétiser une équation de convection-diffusion instationnaire identique à celle rencontrée dans le problème d'écoulement considéré dans ce travail. Après avoir vérifié l'existence et l'unicité d'une solution à ce problème, nous redémontrons la convergence des méthodes DG vers cette solution en établissant une estimation d'erreur a priori. Nous introduisons, ensuite, les éléments finis multi-échelles non conformes et détaillons leur mise en œuvre sur ce problème de convection-diffusion. En supposant les conditions aux limites et les paramètres du problème périodiques, nous montrons une nouvelle estimation d'erreur a priori pour cette méthode. Dans une seconde partie, nous considérons le problème d'écoulement complet où l'équation considérée dans la première partie est résolue de manière couplée avec l'équation de Darcy. Nous introduisons différents cas tests inspirés de modèles d'écoulements rencontrés en géosciences et comparons les solutions obtenues avec les deux méthodes DG, à savoir la méthode classique utilisant un seul maillage et la méthode étudiée ici. Nous proposons de nouvelles conditions aux limites pour la résolution des problèmes de cellule qui permettent, par rapport à des conditions aux limites linéaires plus classiquement utilisées, de mieux reproduire les variations des solutions le long des interfaces du maillage grossier. Les résultats de ces tests montrent que la méthode multi-échelle proposée permet de calculer des solutions proches de celles obtenues avec la méthode DG sur un seul maillage et de réduire, de façon significative, la taille du système linéaire à résoudre à chaque pas de temps.
Méthodes numériques pour la simulation des écoulements miscibles en milieux poreux hétérogènes
Author: Mustapha El OssmaniPublisher:
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Languages : fr
Pages : 141
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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/).
Application de la méthode des éléments finis aux écoulements diphasiques en milieu poreux
Author: Miguel Angel Llovero PoloPublisher:
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Languages : fr
Pages : 106
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Contribution à l'analyse numérique de modèles d'écoulements polyphasiques en milieu poreux à l'aide de méthodes d'éléments finis mixtes et hybrides
Author: Catherine JensenPublisher:
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Languages : fr
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Cette thèse est une étude de systèmes d'équations aux dérivées partielles issues d'un modèle d'écoulement des fluides étudié en ingénierie pétrolière. Au départ, un système fortement couplé de trois équations non linéaires, de type parabolique, exprime les relations entre la pression et les saturations en eau et en huile. Le premier chapitre traite de la semi-discrétisation en temps du système par la méthode d'Euler rétrograde. On démontre l'existence d'une solution au système obtenu (méthode de point fixe), mais pas l'unicité, et on prouve que les saturations approchées sont positives et inférieures à un. Le deuxième chapitre étudie l'approximation, par une méthode d'éléments finis, du problème semi-discrétisé et on montre l'existence d'une solution, sans résultat de signe pour les saturations. Les deux chapitres suivants reprennent ce schéma pour un problème simplifié, à deux inconnues (saturation en huile et pression) en utilisant une formulation variationnelle mixte et une méthode d'éléments finis mixte. Au dernier chapitre on étudie une méthode hybride d'éléments finis ou l'une des inconnues approche les valeurs de la saturation sur les cotes de la triangulation. Une modification des espaces permet de montrer que la matrice du système relatif à cette inconnue est une m-matrice. En annexe on étudie une méthode d'éléments finis mixte pour une équation elliptique sur un domaine ayant une frontière courbe et on utilise des éléments courbes pour conserver l'ordre naturel d'approximation lorsque la frontière est suffisamment régulière.
Analyse mathématique et simulation numérique de modèles d'écoulement de fluides incompressibles en surface libre et milieu poreux déformable
Author: Publisher:
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Languages : fr
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Milieu poreux déformable. On dérive un modèle mathématique pour un milieu poreux déformable en utilisant la conservation de la masse, la loi de Darcy généralisée et le tenseur de déformation dépendant de la fonction de retrait de vertisol de E. Braudeau. On démontre l'existence globale d'une solution faible de ce problème. On utilise pour la preuve un théorème de compacité de Dubinskii, généralisé pour des hypothèses plus faibles. On montre que les paramètres de Van Genuchten associés à la conductivité hydraulique et au potentiel matriciel sont liés à la régularité de la solution faible. Un logiciel calculant la teneur en eau du milieu poreux déformable, écrit en fortran 90, est mis en place. La méthode des éléments finis et un schéma d'Euler implicite sont utilisés pour le code de calcul. Modèle de Saint-Venant visqueux. On étudie l'existence de solutions pour un modèle de Saint-Venant non linéaire décrivant mathématiquement l'écoulement d'un cours d'eau pour une formulation hauteur-débit. Utilisant la technique du point fixe de Banach dans le cas du système linéarisé on démontre l'existence globale et l'unicité de solutions. Dans le cas non linéaire, l'utilisation du théorème de point fixe de Schauder et d'un résultat de compacité de J. Simon nous permet de prouver l'existence d'une solution pour des temps petits. Des résultats d'une simulation numérique du système de Saint-Venant sont présentés dans le cas d'une rupture de barrage. Des comparaisons sont données en fonction de la viscosité et de la non-linéarité du problème.