Evaluation des effets du couplage fluide/fluide en dépollution des sols
Résumé
Les coûts de la dépollution d'un site contaminé peuvent être un frein à la réalisation de projets de reconversion. Dans ce contexte, ce travail a pour objectif principal de trouver une liaison entre les modélisations aux différentes échelles d'un site faisant l'objet d'une action de remédiation après pollution par des goudrons.
Plus particulièrement, le travail présenté a pour but d'améliorer notre compréhension des écoulements simultanés de deux phases fluides immiscibles dans un milieu poreux très perméable (plusieurs dizaines de darcy). Le modèle le plus largement utilisé actuellement est de type Darcy généralisé. L'extension de la loi de Darcy se fait en introduisant des perméabilités relatives de sorte à prendre en compte la gêne occasionnée par un fluide sur l'autre (Muskat, 1946).
Un modèle macroscopique alternatif est obtenu à l'aide de la prise de moyenne volumique des équations de Stokes de deux fluides immiscibles (Whitaker, 1986). Un terme de couplage apparaît dans l'équation de quantité de mouvement de chaque phase. Ce terme matérialise l'idée que deux fluides immiscibles s'écoulant côte à côte vont exercer l'un sur l'autre une contrainte visqueuse qui mène à un échange de quantité de mouvement à travers l'interface entre les deux fluides.
Bien que prédit par la prise de moyenne volumique, mais aussi par d'autres techniques d'homogénéisation et par la résolution analytique d'écoulements très simplifiés, ce modèle macroscopique est moins largement utilisé. Ceci s'explique en partie par le résultat de simulations numériques (Rakatomalala et col., 1995) et d'expériences sur des échantillons de milieux poreux (Zarcone et Lenormand, 1994) qui suggèrent que les termes de couplage peuvent être négligés.
Il a été établi récemment que les termes de couplage sont nécessaires pour modéliser au mieux des écoulements dans des milieux très perméables (jusqu'à plusieurs milliers de darcy) pour des applications liées à l'utilisation de colonne à garnissage ou encore à la sûreté nucléaire (Clavier et col., 2017). La diversité des conclusions quant au poids des termes de couplage peut s'expliquer par une dépendance du transfert de quantité de mouvement à l'étendue de l'interface entre les fluides. Ainsi un milieu peu perméable avec une variance importante de la taille des pores, par la création de chemins préférentiels, augmente la ségrégation des fluides et diminue l'étendue de l'interface jusqu'à rendre les termes de couplage négligeables.
L'intérêt du travail présenté est double. Premièrement, ce travail permettra d'enrichir la littérature existante, en particulier en ce qui concerne les résultats expérimentaux peu nombreux et qui varient grandement selon la perméabilité du milieu utilisé. En effet, on observe des résultats très différents, allant d'un couplage négligeable dans le cas d'expériences sur un milieu dont la perméabilité est de quelques darcy, à un couplage important pour des géométries idéalisées maximisant l'interface fluide/fluide. Enfin, on cherche à obtenir un modèle à l'échelle de Darcy plus précis afin d'entreprendre un second changement d'échelle et enrichir les outils de modélisation actuellement utilisés par les bureaux d'études et les industriels du secteur de la dépollution.
Les outils utilisés et présentés sont multiples, de la prise de moyenne volumique aux expérimentations en passant par la simulation numérique directe à la petite échelle.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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