Modélisation multi-échelle du transport électrocinétique en milieu poreux chargé - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2014

Multi-scale modelling of electrokinetic transport in charged porous media

Modélisation multi-échelle du transport électrocinétique en milieu poreux chargé

Amaël Obliger

Résumé

In the context of deep geological disposal of nuclear waste (Cigéo project), it is necessary to be able to predict the flow of radionuclides in ionic form in charged porous media such as clay. Clay materials are complex and it is difficult to know their structure, especially at the nanoscale where electrokinetic phenomena become paramount. In this case, the strategy adopted in this work is to represent the porosity using a network of pores connected to each other by channels. This requires knowledge of the coupled transport properties at the channel scale, taking into account solvent, solute and charge fluxes under the influence of pressure, salt concentration and electrostatic potential gradients. The description of electrokinetic transport used corresponds to that of the Poisson-Nernst-Planck model. It can be shown that the behaviour of these properties can differ between the channel and sample scales (randomly constructed networks based on parameter distributions). For example, the permeability of a network is found to decrease with increasing electrokinetic effects, which is not the case at the channel scale. These differences arise from the simultaneous presence of coupling between flows and the heterogeneity of the medium. A numerical sample with the same properties as a real clay sample was thus created after a selection process of the channel parameter distributions, and was used to perform preliminary studies on clogging and desaturation.
Dans le cadre du stockage des déchets nucléaires en couche géologique profonde (projet Cigéo), il est nécessaire de pouvoir prédire l'écoulement des radionucléides sous forme ionique dans des milieux poreux chargés tels que l'argile. Les matériaux argileux sont complexes et il est difficile de connaître leur structure, surtout à l'échelle nanoscopique où les phénomènes électrocinétiques deviennent primordiaux. Dans ce cas, la stratégie adoptée dans ce travail est de représenter la porosité à l'aide d'un réseau de pores connectés entre eux par des canaux. Cela nécessite de connaître les propriétés du transport couplé à l'échelle du canal en prenant en compte les flux de solvant, de solutés et de charges sous l'influence de gradients de pression, de concentration en sel et de potentiel électrostatique. La description du transport électrocinétique utilisée correspond à celle du modèle de Poisson-Nernst-Planck. On peut ainsi montrer que le comportement de ces propriétés peut différer entre l'échelle du canal et celle de l'échantillon (réseaux construits aléatoirement à partir de distributions de paramètres). Par exemple, on constate que la perméabilité d'un réseau diminue si les effets électrocinétiques augmentent, ce qui n'est pas le cas à l'échelle du canal. Ces différences proviennent de la présence simultanée de couplages entre les flux et de l'hétérogénéité du milieu. Un échantillon numérique ayant les mêmes propriétés qu'un échantillon réel d'argile a ainsi été créé au terme d'un processus de sélection des distributions de paramètres des canaux, il a ainsi servi à réaliser des études préliminaires sur le colmatage et la désaturation.
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  • HAL Id : tel-03893074 , version 1

Citer

Amaël Obliger. Modélisation multi-échelle du transport électrocinétique en milieu poreux chargé. Chimie théorique et/ou physique. Université Pierre et Marie Curie, 2014. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03893074⟩
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