Modélisation du transport réactif dans les eaux souterraines PDF Download
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Le devenir des polluants dans les sols constitue un enjeu environnemental majeur. Dans ce travail, nous apportons une contribution à quelques méthodes numériques pour la simulation de l'écoulement et du transfert de polluants en milieu poreux variablement saturés. La propagation d'un contaminant dans les milieux souterrains dépend en premier lieu des caractéristiques de l'écoulement qui le transporte. Dans la première partie de ce travail, nous présentons la méthode des éléments finis mixtes hybrides pour la résolution de l'équation de Richards. Une procédure de condensation de la masse est proposée pour éviter l'apparition d'oscillations non physiques, notamment lors de la simulation de problèmes d'infiltration dans un milieu initialement sec.Dans la deuxième partie de ce travail, la méthode ELLAM (Eulerian-Lagrangian Localized Adjoint Method) est utilisée pour la modélisation du transport réactif en milieux fortement hétérogènes. En effet, les résultats obtenus pour le transport linéaire, décrit par l'équation d'advection-dispersion, avec les ELLAM sont très encourageants. La méthode ELLAM permet (i) de s'affranchir des contraintes de discrétisations spatiale ettemporelle imposées avec les méthodes eulériennes classiques, (ii) de conserver la masse et (iii) de traiter toutes les conditions aux limites. Par ailleurs, nous proposons une nouvelle formulation des ELLAM (C_ELLAM) permettant d'éviter les oscillations numériques et de limiter la diffusion numérique générées parla formulation standard.Dans la dernière partie, le code de calcul élaboré avec la formulation C_ELLAM est utilisé pour la caractérisation de la macrodispersion dans les milieux hétérogènes. Pour ce faire, il est indispensable de disposer d'outils de simulation précis et efficaces car cette étude est basée sur une méthode Monte Carlo nécessitant la réalisation d'un très grand nombre de simulations sur des grilles de calcul de l'ordre du million de mailles. Les résultats obtenus sont comparés avec une étude antérieure basée sur le Random WalkParticle Method.
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Le devenir des polluants dans les sols constitue un enjeu environnemental majeur. Dans ce travail, nous apportons une contribution à quelques méthodes numériques pour la simulation de l'écoulement et du transfert de polluants en milieu poreux variablement saturés. La propagation d'un contaminant dans les milieux souterrains dépend en premier lieu des caractéristiques de l'écoulement qui le transporte. Dans la première partie de ce travail, nous présentons la méthode des éléments finis mixtes hybrides pour la résolution de l'équation de Richards. Une procédure de condensation de la masse est proposée pour éviter l'apparition d'oscillations non physiques, notamment lors de la simulation de problèmes d'infiltration dans un milieu initialement sec.Dans la deuxième partie de ce travail, la méthode ELLAM (Eulerian-Lagrangian Localized Adjoint Method) est utilisée pour la modélisation du transport réactif en milieux fortement hétérogènes. En effet, les résultats obtenus pour le transport linéaire, décrit par l'équation d'advection-dispersion, avec les ELLAM sont très encourageants. La méthode ELLAM permet (i) de s'affranchir des contraintes de discrétisations spatiale ettemporelle imposées avec les méthodes eulériennes classiques, (ii) de conserver la masse et (iii) de traiter toutes les conditions aux limites. Par ailleurs, nous proposons une nouvelle formulation des ELLAM (C_ELLAM) permettant d'éviter les oscillations numériques et de limiter la diffusion numérique générées parla formulation standard.Dans la dernière partie, le code de calcul élaboré avec la formulation C_ELLAM est utilisé pour la caractérisation de la macrodispersion dans les milieux hétérogènes. Pour ce faire, il est indispensable de disposer d'outils de simulation précis et efficaces car cette étude est basée sur une méthode Monte Carlo nécessitant la réalisation d'un très grand nombre de simulations sur des grilles de calcul de l'ordre du million de mailles. Les résultats obtenus sont comparés avec une étude antérieure basée sur le Random WalkParticle Method.
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Ce travail s'intéresse à l'impact du couplage hétérogénéité physique du milieu-réactivité chimique sur le transport de contaminants dans les milieux souterrains. L'objectif est d'établir les lois macroscopiques du transport réactif dans les milieux poreux hétérogènes en commençant par les réactions d'adsorption non linéaires et hors équilibre. Nous avons développé un outil numérique modélisant le couplage physico-chimique basé sur une approche Lagrangienne, qui généralise la méthode du suivi de particules pour des solutés réactifs. La phase liquide est discrétisée en paquets d'eau dont la concentration en soluté évolue selon les réactions chimiques qui se produisent lors du trajet dans le milieu. L'effet du couplage transport-cinétique-non linéarité est d'abord étudié en milieu homogène puis en milieu hétérogène. Par ailleurs, une expérimentation en laboratoire a été initiée afin de valider les résultats des simulations numériques et étudier des processus réactifs plus complexes.
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DANS LE CADRE DE L'ETUDE DE L'ANALOGUE NATUREL D'OKLO L'UN DES ASPECTS DE LA RECHERCHE CONCERNAIT LA COMPREHENSION DES PHENOMENES ACTUELS DE TRANSFERT A DISTANCE DES ZONES DE REACTION LIES AUX EAUX SOUTERRAINES. CECI SUPPOSAIT D'IDENTIFIER ET DE CARACTERISER LE CONTEXTE HYDROGEOCHIMIQUE DE LA MIGRATION EVENTUELLE DE CERTAINS TRACEURS NATURELS DES ZONES DE REACTION, MIGRATION LIEE A L'ENVIRONNEMENT HYDROGEOLOGIQUE. LES INVESTIGATIONS HYDROGEOLOGIQUES ONT ETE CONDUITES SUR UN SITE PROFOND, OKELOBONDO, QUI DONNE LA POSSIBILITE D'ETUDIER L'EVENTUELLE MIGRATION DES RADIONUCLEIDES DEPUIS LA ZONE DE REACTION SUR UNE DISTANCE DE 400M, A TRAVERS UNE STATIGRAPHIE TRES HETEROGENE ET UN SITE SUPERFICIEL, BANGOMBE, PRESENTANT UNE STRATIGRAPHIE PLUS HOMOGENE, MAIS SITUE DANS UNE ZONE D'ALTERATION METEORIQUE. L'ENSEMBLE DES INFORMATIONS HYDROGEOLOGIQUES, HYDROCHIMIQUES ET ISOTOPIQUES ACQUIS SUR LES DEUX SITES ONT CONSTITUE LA BANQUE DE DONNEES PERMETTANT ENSUITE DE DEVELOPPER LA MODELISATION MATHEMATIQUE DES ECOULEMENT ET DU TRANSPORT DE MATIERE DANS LE CHAMP LOINTAIN. ON S'EST INTERESSE D'ABORD AU SITE D'OKELOBONDO, POUR LEQUEL UNE MODELISATION HYDRODYNAMIQUE ETABLIE CONJOINTEMENT AVEC UNE MODELISATION DE LA MIGRATION DE TRACEURS ENVIRONNEMENTAUX NATURELS PERMET DE PROPOSER UN SCHEMA D'ECOULEMENT ASSOCIE A DES DUREES DE TRANSFERT ENTRE LA ZONE DE REACTION ET L'EXUTOIRE SUPERFICIEL. UNE DEMARCHE ANALOGUE A ETE ENSUITE PRESENTEE POUR LE SITE DE BANGOMBE. POUR CE DERNIER, L'APPROCHE A ETE COMPLETEE PAR UNE MODELISATION GEOCHIMIQUE DE LA MIGRATION DE L'URANIUM DANS LE VOISINAGE DE LA ZONE DE REACTION, UTILISANT LES LOGICIELS METIS, CHIMERE ET STELE MIS AU POINT DANS LE CADRE DU PROGRAMME MIRAGE. LE RAPPORT ISOTOPIQUE #2#3#5U/#2#3#8U A ETE UTILISE COMME TRACEUR NATUREL, ORIGINAL, DES ZONES DE REACTION
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La protection et la remédiation des ressources en eau sont un enjeu sociétal majeur, ainsi il est nécessaire de comprendre l'évolution de solutés, tels les polluants, au sein de la zone saturée et non saturée. Dans ce but, de nombreux travaux ont été consacrés à la modélisation du transport réactif en milieux poreux. Son déroulement à l'échelle de Darcy dépend des hétérogénéités microscopiques du milieu. Les modèles de réseau de pores qui simplifient la géométrie en un ensemble de pores reliés par des liens de sections constantes, permettent de se placer à une échelle mésoscopique, faisant le lien entre l'échelle porale et l'échelle de Darcy. Sur de telles formes géométriques, l'écoulement admet un traitement analytique. En ce qui concerne le transport réactif des solutés, nous proposons une solution analytique dans les liens qui permet de calculer le débit de masse entre pores. Le modèle de transport se formule alors comme un système d'équations de Volterra de secondes espèces dont les noyaux de convolution sont des séries d'exponentielles décroissantes (hormis le premier terme qui est constant). Leurs temps de relaxation sont pilotés essentiellement par le temps de dispersion td. Dans la limite où td tend vers 0 à Péclet constant, les termes transitoires des noyaux se réduisent à un Dirac, débouchant sur un premier modèle simplifié à réponse instantanée c'est-à-dire un modèle de transport quasi-statique. Dans le cas où les volumes des pores sont suffisamment grands, les noyaux se réduisent à leur premier terme. Ces formulations du transport généralisent celles de la littérature. En particulier pour des Péclet petit ou grand on retrouve respectivement les modèles usuels en régime dispersif et convectif. Numériquement, la décroissance exponentielle des noyaux permet d'optimiser le calcul des convolutions avec une précision arbitrairement fixée, réduisant drastiquement le temps de résolution.
Author: Tony Khalil Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 177
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Les sols et les sous-sols urbains peuvent être contaminés par des polluants divers. En effet, leur mobilité est régie par différents processus physico-chimiques de transport et de rétention/libération (la rétention tend à freiner la propagation des particules tandis que la libération accélère le transport des particules). Ainsi, il est nécessaire de comprendre les mécanismes du transport des polluants dans des sols et de prédire cette migration à long terme. Tout d’abord, nous détaillerons un modèle de transport et d’écoulement en milieu poreux saturé, qui est basé sur les EDPs. De plus, ces équations se réfèrent au transport de masse en milieu poreux saturé qui est régi en général par la classique équation de type convection-dispersion-diffusion. En bref, les équations de l'écoulement et du transport avec des effets de viscosité et la densité sont mises en œuvre dans les codes de différences et éléments finis en utilisant la Librairie d’éléments finis Diffpack. Ensuite, nous proposons de coupler le modèle de transport avec l’érosion interne. Pour atteindre ce but, nous avons proposé un modèle mathématique de l’érosion interne et nous l’avons validé par des tests expérimentaux. De même, nous avons montré que l’érosion influe directement sur le transport des particules. Ceci nous a amené à définir un couplage entre le transport, l’érosion et le transfert de polluants. En outre, le modèle développé est basé sur le transport réactif qui tente de simuler les processus d’écoulement-transport, les réactions physico-chimiques. Enfin, nous avons introduit le comportement des milieux déformables dans le modèle pour ainsi étudier le rôle de la déformation du sol dans le transport.
Author: M-Charlotte Guillot de Suduiraut Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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La protection des eaux souterraines constitue une priorité depuis les années 1970. Les cas avérés de pollutions industrielles n'ont cessé de se multiplier. Parmi les pollutions existantes, celles qui sont dues aux solvants chlorés sont parmi les plus étendues et les plus complexes à traiter. Face aux difficultés de traitement par les méthodes classiques, l'atténuation naturelle peut apparaître comme une solution de réhabilitation des zones contaminées. Nous présentons dans cette thèse différents aspects de l'étude menée sur l'atténuation naurelle et la biodégradation des solvants chlorés. A partir d'analyses bibliographiques et d'expériences réalisées en milieu contrôlé dans un pilote expérimental de grandes dimensions, nous avons pu caractériser différents mécanismes influençant la biodégradation des solvants chlorés. L'étude des phénomènes de transport réactif à différentes échelles de l'échelle locale à l'échelle macroscopique, a permis d'étudier l'influence des paramètres du transport, et notamment de la dispersivité, en milieu hétérogène. D'autre part grâce à la mise en place des réactions de biodégradation du trichloréthylène en réacteur fermé et à l'échelle du pilote expérimental, nous avons mis en évidence les paramètres clefs influençant fortement la biodégradation. La détermination de l'ensemble de ces mécanismes à permis d'effectuer une modélisation précise des phénomènes de biodégradation des solvants chlorés au sein des nappes souterraines. L'analyse à l'échelle du site des phénomènes de biodégradation montre qu'il existe des paramètres clefs à mesurer sur le terrain pour effectuer une analyse pertinente de l'évolution du panache de solvant chlorés.
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"Cet ouvrage s'inscrit dans le processus de développement de modèles de simulation appliqués aux substances organiques dans les aquifères. La première partie étudie les aspects théoriques nécessaires à la compréhension du comportement de ces substances et les bases des différents modèles. La deuxième partie présente le manuel d'utilisation du logiciel Rflow 2D".--Memento.
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CE TRAVAIL PROPOSE LA MISE AU POINT ET L'APPLICATION D'UNE METHODE ORIGINALE D'ESTIMATION DE PARAMETRES S'INTEGRANT COMPLETEMENT A LA DEMARCHE DE MODELISATION DES AQUIFERES NATURELS. LES TROIS PREMIERS CHAPITRES DE CETTE THESE CONCERNENT LES GRANDES ETAPES DE LA CONCEPTION DU MODELE : DE LA FORMULATION DES EQUATIONS MATHEMATIQUES AU CALAGE DES PARAMETRES EN PASSANT PAR LA CONCEPTUALISATION DES MECANISMES HYDROGEOLOGIQUES. LA DEMARCHE GENERALE D'ANALYSE DE FIABILITE DES RESULTATS ET D'AMELIORATION DU MODELE AINSI CONCUE EST ABORDEE AU QUATRIEME CHAPITRE. LE CINQUIEME CHAPITRE DETAILLE LA TECHNIQUE DE PARAMETRISATION ORIGINALE MISE EN UVRE DANS LE CADRE DE CE TRAVAIL. CETTE METHODE DITE MULTI-ECHELLE REPOSE SUR UNE DESCRIPTION DU DOMAINE ETUDIE PAR UNE SUCCESSION D'ECHELLES EMBOITEES, QUI PERMET, PAR AFFINEMENTS SUCCESSIFS D'AUGMENTER PROGRESSIVEMENT LE NOMBRE DE PARAMETRES ET LA COMPLEXITE DE LA FONCTION DE PARAMETRISATION. LES DEUX DERNIERS CHAPITRES ABOUTISSENT AU DEVELOPPEMENT COMPLET DE L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL SOUS LA FORME D'UN OUTIL DE MODELISATION INTEGRANT PLEINEMENT L'APPROCHE INVERSE. L'ACCENT EST MIS SUR LA RECHERCHE D'INFORMATIONS ET LA FORMULATION DES CONTRAINTES. L'OBJECTIF ULTIME EST DE RECHERCHER L'ENVELOPPE DES POSSIBLES SATISFAISANT CES CONTRAINTES. LE MODELE EST AINSI AMELIORE EN DONNANT UNE PART PLUS IMPORTANTE A LA CONCEPTUALISATION DES SOLLICITATIONS DU SYSTEME. L'ENSEMBLE DES PARAMETRES, INDEPENDANT DU TEMPS, EST ESTIME PAR APPROCHE INVERSE. LA REALISATION DE CALAGES MULTIPLES POUR DES HYPOTHESES DIFFERENTES PERMET D'APPRECIER LA FIABILITE EN ACCEDANT A UNE IMAGE DE L'ENVELOPPE DES POSSIBLES. L'APPLICATION DE CETTE DEMARCHE A UN CAS REEL EN MONTRE LE CARACTERE OPERATIONNEL ET L'INTERET QU'ELLE PRESENTE POUR L'ANALYSE DES SYSTEMES NATURELS COMPLEXES.
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La modélisation du transport réactif se fait séquentiellement avec l’approche de séparation d’opérateur (OS) ou bien simultanément avec l’approche globale (GA). Les premiers travaux de modélisation de transport réactif ont montré la supériorité de (OS) par rapport à (GA). Des travaux récents ont cependant mis en évidence la faiblesse de OS dans certaines configurations. Dans la première partie de ce travail nous avons étudié les approches (OS) et (GA) dans différentes configurations chimie-transport. Afin d’éviter l’inconvénient majeur de (GA), à savoir son coût élevé en temps de calcul, on a développé un nouveau modèle de calcul robuste et efficace. Les résultats qu’on a obtenus montrent qu’avec ce modèle, (GA) devient plus efficace et plus précise que (OS). Cet avantage devient prononcé dans le cas d’une chimie complexe avec des réactions de sorption et/ou de précipitation/dissolution.La deuxième partie de ce travail s’intéresse au développement des schémas numériques pour la modélisation du transport réactif. La plupart des modèles existants utilisent des méthodes Eulériennes qui imposent des discrétisations très fines en espace et en temps et par conséquent des temps de calculs prohibitifs. Afin de remédier à ce problème on a utilisé la méthode ELLAM. L’objectif de ce travail est de développer les potentialités des méthodes ELLAM pour résoudre le problème du transport réactif. Une première étape consiste à combiner les ELLAM avec OS et GA. Les résultats obtenus montrent que pour les réactions cinétiques OS_ELLAM est la plus efficace. Cependant, pour les réactions à l’équilibre, ELLAM_GA devient préférable.La deuxième étape est l’amélioration des ELLAM afin d’éviter le problème de diffusion numérique. On a donc développé une nouvelle formulation des ELLAM. Cette formulation a été testée pour le transport linéaire et non linéaire. Les résultats montrent que notre nouvelle approche n’est pas sensible au pas de temps et évite toute diffusion numérique.
Author: Fanilo Heninkaja Ramasomanana
Author: Fanilo Heninkaja Ramasomanana
Author: Katia Besnard
Author: Marie-Charlotte Peyron
Author: Ioana Blidaru-Gurban
Author: Toko Kamtchueng
Author: Tony Khalil
Author: M-Charlotte Guillot de Suduiraut
Author: Olivier Atteia
Author: ERIC.. CHARDIGNY
Author: Marwan Fahs