Academic literature on the topic 'Matériaux poreux – Dynamique des fluides'

Ce travail présente deux nouvelles approches pour aider à la caractérisation de la topologie des milieux poreux en termes de distribution de tailles de pores. La première des méthodes proposées repose sur les propriétés rhéologiques des fluides à seuil (type Bingham, Casson. . . . ) s'écoulant à travers l'échantillon poreux. Par une simple mesure du débit total de fluide en fonction du gradient de pression imposé, il est possible de déterminer la distribution de tailles de pores moyennant une hypothèse sur leur forme. Dans notre approche, un modèle inspiré par Carman-Kozeny a été employé. Cette technique a été validée analytiquement et numériquement sur différents types de distributions classiques (gaussiennes uni-modales ou multi-modales). Elle a été étendue avec succès aux fluides viscoplastiques réels de type Herschel-Bulkley. La seconde méthode proposée repose sur l'analyse dynamique de l'écoulement oscillant d'un fluide newtonien ou non-newtonien à travers le milieu poreux. Elle consiste en l'utilisation de la fonction de transfert hydrodynamique du milieu poreux et plus particulièrement en la caractérisation de son admittance complexe car l'épaisseur de pénétration et donc la taille d'un pore est fonction de la fréquence d'oscillation du gradient de pression imposé. Le modèle de faisceau de capillaires parallèles (de type Carman-Kozeny) a aussi été utilisé. Cette technique a été testée et validée avec succès avec plusieurs types de distributions, dans le cas où le fluide utilisé est newtonien et pour des fluides en loi de puissance. Pour rendre la résolution de ce dernier problème possible nous avons introduit la notion «d'inconsistance complexe». Par rapport aux techniques existantes, ces deux nouvelles approches se distinguent par leur simplicité, leur non-toxicité et leur faible coût
In this work, we present two new methods to characterize the topological properties of porous media and more precisely their pore size distribution. The first method is based on the rheological properties of yield-stress fluids (such as Bingham or Casson fluids) flowing through the porous sample. The pore size distribution can be obtained from the measurement of the total flow rate of fluid as a function of the imposed pressure gradient provided an assumption is made on the general shape of the pores. In this work, we consider the simple and well-know Carman-Kozeny model. This technique is successfully tested both analytically and numerically for classical pore size distributions such as unimodal and multimodal Gaussian distributions and is extended to more realistic viscoplastic fluids (Herschel-Bulkley model). The second method is based on the dynamical analysis of the oscillatory flow of a Newtonian or non-Newtonian fluid through the porous medium. It consists in using the hydrodynamic transfer function of the porous sample and more particularly in the characterization of its complex admittance because the penetration depth and thus the pore size is related to the pulsation frequency of the imposed pressure gradient. The same capillary bundle model (Carman-Kozeny) is used here. This technique is tested and validated on several distributions for Newtonian and power-law fluids. In order to solve this problem, we introduce the notion of " complex inconsistency ". Compared to the existing methods, the simplicity, non-toxicity and cheapness of these two new techniques make them potentially interesting

Cette thèse a pour but d'étudier, à l'échelle microscopique, l'influence des phénomènes de dissolution et de déposition sur l'evolution locale de la géométrie et des milieux poreux fracturés. Ces processus sont abordés dans la limite où le changements de géométrie dues à la dissolution/déposition sont lents devant la vitesse moyenne du fluide. Deux codes de calcul utilisant deux shémas numériques de principes totalement différents, l'un basé sur la methode des marches aléatoires et l'autre sur un formalisme aux différences finies sonts développés; ils tiennent compte de la convection, de la diffusion, de la dissolution/ déposition aux parois et des variations de géométrie qui en découlent; ils sont opérationnels sur n'importe quel type de géomérie modelisée par un empliement de cubes élémentaires fluides ou solides. Les milieux poreux et fracturés que nous avons examiné sont supposés être constitués par la juxtaposition périodique de cellules unités identiques. Le contenu de cette cellule unité représente tout le caractère aléatoire du matériau. Deux paramètres clés caractérisent le régime du porcessus de dissolution et de déposition, le nombre de Péclet (Pe) qui compare les importances des modes de transport convectif et diffusif et le produit du nombre de Péclet et de Damkhöler (Pe. Da) qui compare les temps caractéristique de la réaction à la paroi et du transport diffusif. Trois régimes principaux sont distingués. Qaund le processus est limité par la réaction (Pe. DA<<1), la dissolution et la déposition se produisent uniformément le long de l'interface solide liquide. Dans le cas inverse (Pe. Da>>1) où le processus est limité par le transport, la dissolution et la déposition dépendent fortement du mode de transport dominant. Si le transport diffusif est prédominant (Pe<1), la dissolution et la déposition se produisent dans les zones où l'espace des pores est large. Si le transport convectif est prédominant (Pe>1), la dissolution et la déposition se produisent dans les régions où l'écoulement est intense. Dans ce dernier cas la dissolution comme la déposition sont dissymétriques et plus rapide en amont des obstacles. Dans le cadre de ce travail, seul le problème local a été considéré. On a déterminé les variations de la géométrie du milieu dues à la dissolution/déposition, et les variations des quantités macroscopiques utiles dans le cadre d'une étude décrivant ces phénomènes à la grande échelle. Finalement, on a examiné la dissolution à la grande échelle dans le cas d'un exemple particulier. Une approche de type couche limite est utilisée.

La mise en oeuvre de procédés de récupération améliorée des hydrocarbures par voie microbienne nécessite la maîtrise du transport transitoire de suspensions dans les milieux poreux naturels. Nous avons étudié deux modes de transport d'une suspension bactérienne dans un sable naturel : le transport dans l'hypothèse de l'équilibre local et en présence d'effets cinétiques. Ces deux études expérimentales et théoriques ont conduit à l'ébauche d'un procédé de transport de particules à l'échelle du terrain. La démarche proposée repose sur des expérimentations en réacteur fermé et en colonne de laboratoire et l'utilisation conjointe d'un code de calcul élaboré pour cette étude, le code HYBRID

L’objectif de ce travail est d'étudier de façon expérimentale et théorique certains aspects de la dispersion en milieux poreux spatialement périodiques. L’étude expérimentale a consisté tout d'abord à mettre en place un nouveau dispositif de fabrication de milieux poreux par photolithographie, permettant de réaliser d'une manière simple tous les milieux souhaités. Des expériences de dispersion en milieux poreux ont été alors réalisées pour deux types de milieux poreux périodiques bidimensionnels (en ligne et aléatoires) formes de cylindres de section carrée et pour différentes directions du vecteur vitesse moyenne. La confrontation de ces résultats avec ceux obtenus numériquement par ailleurs a montré une très bonne concordance. Certains résultats expérimentaux ont parfois montré un comportement transitoire ne pouvant pas être décrit par l'équation de convection-diffusion classique. Pour trouver la meilleure façon d'appréhender ce caractère transitoire, trois méthodes ont été développées : la méthode non locale, la méthode des moments et la méthode de prise de moyenne à deux zones avec fermeture rigoureuse et fermeture classique. La méthode non locale (exacte) qui utilise les fonctions de green. Elle est très lourde à appliquer aussi bien pour calculer le tenseur de dispersion que pour résoudre le problème macroscopique. La méthode des moments ou la méthode de prise de moyenne avec fermeture rigoureuse permet de trouver une description correcte en termes de moments de distribution de soluté jusqu'à l'ordre 2. Néanmoins la fermeture rigoureuse ne peut être appliquée aux milieux périodiques. La méthode de prise de moyenne avec fermeture classique donne des coefficients différents de la fermeture rigoureuse mais la solution macroscopique obtenue dans les quelques cas d'application testes est similaire à la solution exacte.

L'objectif de l'étude est de mettre en place un dispositif expérimental et une méthode non destructive basée sur une expérience de déplacement de gaz pour accéder simultanément aux propriétés de structure et de transport d'un assemblage granulaire non dense. Les mesures sont réalisées sur des empilements de particules sphériques monotailles de différentes granulométries, ainsi que sur des particules non sphériques afin de comprendre les effets de taille et de forme des particules sur la porosité, la tortuosité et la perméabilité. L'objectif ultime est d'utiliser ce même dispositif pour la mesure de ces propriétés évolutives au cours d'un processus de lixiviation de billes de verre, préalablement enrobées par un polymère. Ainsi, l'expérience de déplacement de gaz permet la caractérisation de l'assemblage granulaire et l'utilisation d'un liquide permet l'altération du milieu. L'accès aux propriétés évolutives est rendu possible par l'alternance entre les alimentations gazeuse et liquide
This study describes a non destructive experimental method based on following a gas displacement to give the simultaneous measurement of granular and transport properties in a loose random packing subject to dissolution of one component. Measurements are made on packing of monosized spheres for different sizes of particles and of monosized nonspherical particles in order to understand the influence of particles size and shape on porosity, tortuosity and permeability. These experiments are followed by similar measurements during a leaching process of a glass bead packing, which have been previously coated with a polymer in a fluidised bed apparatus. Thus, the gas displacement experiment allows characterising the granular packing and the use of a liquid allows the alteration of the media. The alternation of gas and liquid flows through the granular packing give an information on how the structure properties are modified during the leaching process

Les depots d'asphaltenes en cours de production peuvent perturber l'exploitation de certains gisements : le champ d'hassi messaoud en est un exemple connu. L'objet de cette etude est focalise essentiellement sur l'aspect endommagement de la formation proprement dite. Une methodologie a ete developpee, permettant de determiner les proprietes d'ecoulement en milieu poreux des huiles asphalteniques dans des conditions proches de celles d'un reservoir et de detecter la formation de depots in situ. Ayant selectionne plusieurs types de roche de morphologie et mineralogie differentes, il a ete montre avec plusieurs huiles asphalteniques d'origine geographique variee, qu'il etait possible d'evaluer au laboratoire, la reduction de permeabilite a l'huile resultant d'un depot d'asphaltenes au cours de la circulation d'huile brute dans les echantillons. Il a ete observe que l'evolution du colmatage des carottes en fonction du volume de fluide injecte est similaire a la cinetique de colmatage cree par la retention de particules solides en suspension dans les eaux d'injection. Cette similitude des phenomenes a conduit a utiliser les modeles d'endommagement particulaire developpes dans ce dernier cas. Plusieurs experiences de colmatage par les asphaltenes ont pu etre ainsi simulees de facon satisfaisante, montrant qu'une telle approche merite d'etre developpee malgre les differences qui distinguent les deux types de suspension colloidales. En ce qui concerne les remedes possibles aux depots d'asphaltenes, la methode de traitement par injection ou squeeze de co-solvants a ete etudiee avec les meme systemes (roche/huile brute). Pour la selection des solvants et additifs appropries, une methodologie a ete etablie basee sur l'application de la theorie de hansen pour ajuster la polarite des solvants a la nature chimique des asphaltenes a eliminer, combinee a une serie de tests in vitro avec les asphaltenes separes et les mineraux de la roche reservoir. L'efficacite des co-solvants ainsi selectionnes a ete verifiee par injection sous forme de bouchons dans des carottes qui avaient ete endommagees par les asphaltenes. Plusieurs exemples montrent une amelioration sensible du traitement par comparaison avec l'injection usuelle de xylene ou de toluene. Une telle approche est susceptible d'aider a l'optimisation des traitements de puits par solvants, pratique couramment utilisee pour restaurer la productivite des puits endommages par les depots organiques.

Ce travail s'inscrit dans une perspective de valorisation d'un materiau poreux de type reticule: les mousses metalliques. Il comporte deux etapes. La premiere partie est consacree a la caracterisation de l'hydrodynamique a travers des lits fixes de mousses et a la determination de parametres structuraux lies a l'ecoulement. Elle s'appuie sur des mesures de chutes de pression et une analyse de la distribution des temps de sejour. Plusieurs proprietes intrinseques de ce materiau ont ainsi pu etre mises en evidence dont une importante surface specifique dynamique, une tortuosite proche de l'unite, ainsi qu'une relative isotropie et une faible dispersivite vis-a-vis de l'ecoulement. Les mousses metalliques presentent donc les principales qualites requises pour la constitution d'electrodes volumiques. Dans un second temps, elles ont ete testees dans un electrolyseur de type filtre-presse, l'electrosyncell, en tant qu'electrodes volumiques. On a pu montrer que l'hydrodynamique de cet electrolyseur est legerement modifiee par la presence des mousses. L'ecoulement n'est plus de type piston dans la zone reactionnelle, mais cette modification est largement compensee par l'augmentation substantielle de la surface reactive. D'autre part, l'emploi des mousses rend possible une nouvelle application de l'electrosyncell consistant a travailler sans membrane, avec un seul circuit hydraulique. Avec ce systeme, on a etudie le coefficient de transfert de matiere a l'electrode de travail et teste le taux de conversion lors d'une reaction electrochimique classique. Les resultats obtenus prouvent l'applicabilite du systeme propose et encouragent son developpement

Le développement des méthodes de caractérisation des milieux poreux désordonnés est un domaine très actif. En effet, les structures poreuses sont omniprésentes dans le monde de tous les jours et dans diverses applications industrielles. L'objectif principal de ce travail est de déterminer à l'aide de techniques adaptées des paramètres permettant de décrire la structure de plusieurs matériaux macroporeux rigides et non rigides. Quatre techniques usuelles sont d'abord décrites (l'adsorption de gaz, la porosimétrie au mercure, la thermoporométrie et les méthodes d'exclusion inverse) puis deux nouvelles techniques sont présentées : la désorption continue isotherme de liquide ainsi qu'une méthode permettant de déterminer la tortuosité d'un milieu poreux. Les résultats obtenus par toutes ces méthodes sont confrontés pour des bio-adsorbants utilisés dans les procédés de séparation des protéines

Un modèle complet pour la simulation d’un écoulement thermo-réactif à travers un milieu poreux compressible est présenté et appliqué à l'étude des procédés d'élaboration des matériaux composites par infusion (Liquid Resin Infusion-LRI et Resin Film Infusion-RFI) afin de prévoir les épaisseurs et les fractions volumiques de fibres de la pièce finale. Le modèle développé inclut une condition de Beaver-Joseph-Schaffman pour le couplage entre le milieu poreux saturé et l’écoulement dans la zone libre. Une formulation ALE pour l'écoulement de la résine dans le milieu poreux déformable subissant de fortes déformations est utilisée et couplée à une formulation Lagrangienne Réactualisée pour la partie solide. Enfin, des modèles thermo-chimiques sont utilisés pour traiter la réticulation de la résine. Des outils numériques ont été développés puis combiner pour simuler les procédés LRI et RFI. Les résultats numériques ont été comparés avec des essais expérimentaux
An overall model for the study of a non isothermal fluid flow across a highly compressible porous medium is presented and applied for the study of dry composite manufacturing processes by infusion (Liquid Resin Infusion-LRI and Resin Film Infusion-RFI) in order to predict the thickness and the porosity of the final structure. The model developed includes a modified Beaver-Schaffman-Joseph condition to couple flow across and outside the porous medium. An ALE formulation of the liquid flow across the deformable porous medium in which finite strains are accounted is coupled with an updated Lagrangian scheme for the solid behaviour. Finally, thermo-chemical models are employed to account for the resin reticulation. Numerical tools have been developed and combined for the simulation of LRI and RFI processes. Numerical results have been compared with experimental test