Dissertations / Theses: 'Migration de gaz en milieu poreux'

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Bahlouli, Mohamed Haythem. "Modélisation couplée des écoulements liquide-gaz et de l'hydro-mécanique dans un stockage géologique de déchets radioactifs." Electronic Thesis or Diss., Université de Toulouse (2023-....), 2025. http://www.theses.fr/2025TLSEP028.

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Abstract:

Le stockage géologique profond constitue la solution internationale la plus prometteuse pour la gestion des déchets les plus radioactifs et à durée de vie longue sur de très longues échelles de temps. En France, le projet Cigéo vise à stocker les déchets dits de haute activité (HA), principalement issus des combustibles usés des centrales nucléaires après retraitement et les déchets de moyenne activité à vie longue (MA-VL), qui correspondent aux structures métalliques qui entourent le combustible ou aux résidus liés au fonctionnement et à la maintenance des installations nucléaires. La sûreté du stockage est assurée par un système multi-barrières composé de barrières ouvragées et une roche hôte. Grâce à sa très faible conductivité hydraulique, sa faible diffusion moléculaire et sa capacité significative de rétention des radionucléides, l’argilite du Callovo-Oxfordien (COx) est considérée comme la formation géologique potentielle pour la réalisation du projet. Or, après la fermeture et le scellement de l'installation souterraine, une quantité significative de gaz (principalement de l’hydrogène) peut être générée en raison de plusieurs processus tels que la corrosion anaérobie des métaux, la radiolyse de l'eau et les réactions microbiennes. Si le transitoire hydraulique-gaz des installations souterraines a été très étudié au cours des deux dernières décennies, la représentation de certains processus fortement couplés tels que les écoulements diphasiques multi-composants dans des matériaux poreux très faiblement perméables, à des différentes échelles spatiales et l'hydro-mécanique restent potentiellement complexe. La présente étude a été réalisée à l’Unité d’expertise et de modélisation des installations de stockage, à l'Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire. L'objectif était d'améliorer la robustesse des modélisations du comportement hydrodynamique des phases liquide-gaz et traiter la problématique des impacts mécaniques des déformations de la roche et des scellements sur le transport de gaz et vice versa. Seules des simulations numériques sont capables de rendre compte de l’ensemble des phénomènes sur les échelles d’espace et de temps à considérer. Pour cela, deux approches ont été suivies. Une étude analytique de l'écoulement monophasique gaz a été effectuée afin d'évaluer la sensibilité des phénomènes d'écoulement du gaz aux divers paramètres physiques, y compris la compressibilité et l'effet Klinkenberg. Parallèlement, des simulations numériques ont été réalisées sur un modèle d'alvéole de déchets HA. Elles ont permis de mettre en évidence l'évolution de la pression du gaz et la désaturation de la roche hôte et des scellements. Ces simulations prennent en compte la présence de l'air dans la phase gaz, afin d’appréhender le poids d'une atmosphère explosive en lien avec l'inflammabilité de l'hydrogène dans l'air. Ces études étaient aussi le terrain pour introduire des améliorations dans le code TOUGH2 et de développer des outils de pre- et de post- processing qui facilitent l'utilisation de ce code et l'analyse des résultats. Concernant le couplage hydromécanique, une revue bibliographique approfondie est réalisée, et a permis d'isoler les problèmes soulevés par le couplage poro-élastique en présence de gaz. Un modèle d'élasticité linéaire avec un couplage HM basé sur la théorie de Biot est ensuite étudié et implémenté dans le logiciel COMSOL Multiphysics en utilisant la méthode des éléments finis. Des simulations numériques de tests hydro-mécaniques drainés ou non-drainés ont été réalisés. Le couplage a permis de capturer l'interaction entre la variation de pression du fluide et les contraintes et déformations dans la roche poreuse. Un des résultats est la mise en évidence de la production fluide
As a safe long-term management of nuclear waste, deep geological disposal was proposed and is the widely accepted approach to deal with high-level radioactive waste. It is currently being under study in several countries. The long-term safety in a deep geological repository (DGR) is ensured through a multi-barrier system provided by engineered barrier and natural barrier systems. In most multi-barrier system concepts in crystalline and clay rock, argillaceous materials (clay rock or bentonite) are envisaged to use for barrier elements. Due to its very low hydraulic conductivity, low molecular diffusion and significant radionuclide retention capacity, COx claystone is considered as a potential geological host formation for an industrial radioactive waste repository in France. The performance of the host rock and engineered barriers in the construction phase and in a long-term perspective (thousands to million of years) is of primary importance for predicting the risk of dissemination of radioactivity. After the deep geological repository is closed and sealed, significant gas quantity can be generated due to several processes such as the anaerobic metal corrosion, water radiolysis and microbial reactions. Predicting gas flow in low-permeable, saturated materials is a challenging but important task in the risk assessment of a deep geological repository. Pressure build-up and gas migration in host rock and engineered barriers constitute a highly coupled hydro-mechanical (HM) process, and may contribute to the development of preferential gas pathways either by gas-induced micro-fracturing or macro-fracturing. In current numerical studies some behaviors still cannot be well represented, in particular, it is challenging to explain the gas migration behavior in the gas injection tests conducted on the clayey rock and barriers materials. Therefore, to better represent the actual physical process of gas flow, several modeling frameworks are proposed in the present thesis: single-phase gas flow (H2), two-phase water-gas multi-component flow (air, H2), and hydro-mechanical coupling (poro-elasticity). Two-phase gas-water flow in the waste cell model at different scales (a single waste cell contains several High Level Waste containers) is used here to quantitatively study transient hydraulic water-gas phenomena, such as gas pressure evolution and clayey rock desaturation. A wide range of scenarios and hypotheses is tested to assess significant differences between different scenarios in controlling gas migration and the transition from single phase water saturated conditions to two-phase and single phase gas. Although efficient in studying gas migration in presence of hydrogen only, the proposed models has presented a major limitation because of the difficulty in assessing gas phase evolution in presence of air. Multiphase flow of water with a gas phase (hydrogen and air) together with consideration of dissolved hydrogen, air and water vapor diffusion, is studied using equation of state EOS7R (water, brine, RN1, RN2, air) of the TOUGH2 family of codes. We have implemented code enhancements and post-processing scripts, which enhanced our capabilities in analyzing and interpreting results. A separate study of single phase gas flow was developed in order to assess analytically the sensitivity of gas flow phenomena to various rock parameters, including for instance the Klinkenberg effect due to gas slippage at low pressure in tight pores. Concerning the hydromechanical coupling, an extensive review was developed, including poroelastic coupling in the presence of gas. A linear poroelastic model based on Biot theory is studied and implemented in the Finite Elements software COMSOL Multiphysics. The coupling allows us to capture the interaction between fluid pressure variation and the stresses and strains in the porous rock (drained and undrained tests)

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Kara, Sami. "Quantification des fractionnements physiques affectant le gaz naturel lors de sa migration dans les systèmes pétroliers : la modélisation du transport du méthane et du dioxyde de carbone par solubilisation/diffusion dans les milieux poreux." Paris 6, 2004. http://www.theses.fr/2004PA066465.

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Amrofel, Nathan. "Caractérisation numérique des phénomènes de couplage multiphysique sur la migration de gaz dans une roche argileuse saturée aux échelles mésoscopiques." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2024. http://www.theses.fr/2024LORR0101.

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Abstract:

Dans une installation de stockage géologique de déchets radioactifs, la corrosion des matériaux ferreux dans des conditions anoxiques, associée à la désintégration radioactive des déchets et à la radiolyse de l'eau, entraînera la formation d'hydrogène. Une bonne compréhension du comportement de migration de ce gaz est d'une importance fondamentale pour la fiabilité des scénarios de prédiction d'évolution à long terme d'un tel stockage. Si le taux de production de gaz dépasse le taux de diffusion du gaz dans les pores de la roche hôte, une phase gazeuse distincte se formera. Les forces de capillarité s'opposant au mouvement du gaz entraîneront une augmentation de la pression jusqu'à une valeur critique au-delà de laquelle il pourra pénétrer dans le matériau environnant et se déplacer par des processus advectifs. Différents mécanismes propres aux roches argileuses et à leur caractère nanoporeux pourraient toutefois influencer ces écoulements visco-capillaires. Tout d'abord, des mécanismes de transfert de masse se mettent en place aux interfaces eau/gaz conduisant à une évaporation (voire une recondensation capillaire sous certaines conditions) et favorisant l'apparition de chemins d'écoulement préférentiels, accentué par l'effet Kelvin dans les nanopores. Compte tenu des fortes pressions générées, la percolation du gaz génère aussi une dilatation des chemins percolants, pouvant conduire à un déplacement localisée de l'eau loin de ces chemins, sous l'effet de la compression de la matrice argileuse. Ces phénomènes d'ouverture des chemins percolants (micro fissuration) entraînent à leur tour un endommagement et une dégradation des propriétés mécaniques de la roche. Si la pression continue d'augmenter, des fractures en tension se développent de manière similaire à celles observées en fracturation hydraulique. En parallèle, dans les milieux argileux comme l'argilite du Callovo-Oxfordien (COx) l'eau porale contient des ions dissous et forme donc un électrolyte. Du fait des charges électriques présentes dans les feuillets d'argiles la densité de concentration des ions près des interfaces solide/liquide devient inhomogène et l'électrolyte n'est plus électriquement neutre (double couche électrique). Les écoulements sont dans ce cas plus complexes puisque des couplages apparaissent entre la dynamique du solvant et celle des ions. En effet, lorsque le fluide est soumis à un champ électrique, bien que le solvant soit neutre, on observe l'apparition d'un flux hydraulique. Ce mécanisme appelé électro-osmose est particulièrement important dans le cadre du stockage de déchets radioactifs à cause de l'introduction des radionucléides ioniques dans la couche géologique qui viendraient s'ajouter aux ions naturellement dissous dans l'eau porale. Dans le cadre de cette thèse, nous avons ainsi développé différents modèles mésoscopiques capables de prendre en compte ces couplages, qu'ils soient HydroChimiques (évaporation) HydroMécaniques (HM) ou ElectroCinétiques (EC) lors de la simulation de l'écoulement et du transport afin d'étudier l'impact de ces couplages sur la migration du gaz. Deux méthodes numériques ont ainsi été utilisées pour développer ces modèles : une approche SPH pour la caractérisation des processus d'évaporation et d'endommagement mécanique et une approche LBM pour l'étude des mécanismes d'électro-osmose
In a geological repository for radioactive waste, the corrosion of ferrous materials under anoxic conditions, coupled with the radioactive decay of the waste and radiolysis of water, will lead to the formation of hydrogen. A thorough understanding of the migration behavior of this gas is crucial for the reliability of long-term evolution prediction scenarios for such storage facilities. If the gas production rate exceeds the gas diffusion rate in the pores of the host rock, a distinct gas phase will form. Capillary forces opposing gas movement will lead to an increase in pressure until a critical value is reached, beyond which it may penetrate the surrounding material and move via advective processes. Various mechanisms specific to clay rocks and their nanoporous nature could, however, influence these visco-capillary flows. Firstly, mass transfer mechanisms are established at the water/gas interfaces leading to evaporation (or capillary recondensation under certain conditions) and promoting the formation of preferential flow paths, accentuated by the Kelvin effect in nanopores. Given the high pressures generated, gas percolation also results in dilation of the percolating pathways, potentially leading to localized displacement of water away from these pathways due to compression of the clay matrix. These phenomena of opening percolating pathways (micro-cracking) in turn cause damage and degradation of the rock's mechanical properties. If pressure continues to rise, tension fractures develop similarly to those observed in hydraulic fracturing. Concurrently, in clayey environments like the Callovo-Oxfordian (COx) argillite, pore water contains dissolved ions and thus forms an electrolyte. Due to the electric charges present in clay layers, the ion concentration density near solid/liquid interfaces becomes heterogeneous, and the electrolyte is no longer electrically neutral (electrical double layer). Flows in this case are more complex as couplings appear between the solvent's dynamics and that of the ions. Indeed, when the fluid is subjected to an electric field, although the solvent is neutral, hydraulic flow is observed. This mechanism, called electro-osmosis, is particularly important in the context of radioactive waste storage due to the introduction of ionic radionuclides into the geological layer, which would add to the ions naturally dissolved in pore water. In the context of this thesis, we have developed various mesoscopic models capable of accounting for these couplings, whether they are HydroChemical (evaporation), HydroMechanical (HM), or ElectroKinetic (EK) during flow and transport simulation to study the impact of these couplings on gas migration. Two numerical methods have been used to develop these models: an SPH approach for characterizing evaporation and mechanical damage processes and an LBM approach for studying electro-osmosis mechanisms

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Baudet, Christophe. "Dispersion en milieu poreux effets hydrodynamiques locaux /." Grenoble 2 : ANRT, 1987. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37602630f.

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Guellouz, Sami. "Modélisation de la migration de colloïdes dans un milieu poreux." Phd thesis, Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, 1994. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00529457.

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Abstract:

Lorsque les polluants sont liés à des particules colloïdales mobiles, le modèle classique qui veut qu'ils soient repartis entre une phase fluide mobile et une phase solide immobile n'est plus applicable. Ceci est en particulier vrai pour les polluants insolubles qui sont considérés immobiles par cette première modélisation. Il est donc nécessaire de trouver une modélisation qui tienne compte de ce transfert de polluants favorisé par les particules colloïdales. C'est le propos de cette recherche. Le problème posé consistait à modéliser la dispersion et la rétention éventuelle de particules colloïdales dans un milieu poreux. Ce problème est délicat à résoudre avec les méthodes usuelles d'analyse numérique (couplage d'équations aux différentielles partielles). Ceci nous a incite à préférer à cette approche celle du milieu discret équivalent des micromodèles. En conférant aux particules le plus de comportements physiques possible à l'échelle du lien, nous avons tenté de retrouver le comportement macroscopique décrit par ces équations. Nous présentons les modèles et validons la modélisation intégrant les mécanismes physiques au niveau du pore et, grâce a la transformation de Laplace, la diffusion moléculaire.

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Guellouz, Sami. "Modélisation de la migration de colloïdes dans un milieu poreux." Phd thesis, Marne-la-vallée, ENPC, 1994. http://www.theses.fr/1994ENPC9431.

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Abstract:

Lorsque les polluants sont liés à des particules colloïdales mobiles, le modèle classique qui veut qu'ils soient répartis entre une phase fluide mobile et une phase solide immobile n'est plus applicable. Ceci est en particulier vrai pour les polluants insolubles qui sont considérés immobiles par cette première modélisation. Il est donc nécessaire de trouver une modélisation qui tienne compte de ce transfert de polluants favorisé par les particules colloïdales. C'est le propos de cette recherche. Le problème posé consistait à modéliser la dispersion et la rétention éventuelle de particules colloïdales dans un milieu poreux. Ce problème est délicat à résoudre avec les méthodes usuelles d'analyse numérique (couplage d'équations aux différentielles partielles). Ceci nous a incité à préférer à cette approche celle du milieu discret équivalent des micromodèles. En conférant aux particules le plus de comportements physiques possible à l'échelle du lien, nous avons tenté de retrouver le comportement macroscopique décrit par ces équations

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Serres, Marion. "Étude hydrodynamique d'un écoulement gaz-liquide dans un milieu poreux confiné." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEN018/document.

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Abstract:

Cette thèse se focalise sur les écoulements gaz-liquide dans un milieu poreux, problématique rencontrée dans des domaines variés allant de la physique fondamentale à la chimie appliquée. Nous avons caractérisé expérimentalement les régimes hydrodynamiques dans deux géométries différentes : un canal millifluidique (écoulement quasi-1D) et une cellule de Hele-Shaw (écoulement quasi-2D). L’originalité de ce travail est d’analyser l’effet du milieu poreux (lits de billes polydisperses ou mousses solides à cellules ouvertes), du confinement (1D/2D) et de la gravité en couplant des approches locales et globales développées dans les communautés de physique expérimentale et de génie chimique. D’une part, une analyse globale a permis de quantifier les pertes de charge [1] et, basée sur le transport d’un traceur fluorescent, les distributions de temps de séjour [2] et le transfert gaz-liquide dans l’expérience 1D ; d’autre part, une analyse locale de la fraction liquide et l’évolution spatio-temporelle de son contenu fréquentiel ont permis de mettre en évidence deux régimes hydrodynamiques dans le canal millifluidique [3-5] : un régime pseudo-Taylor, où les caractéristiques de l’écoulement périodique amont sont conservées, et un régime modulé, pour lequel l’écoulement se désorganise à l’entrée du milieu poreux. Un modèle phénoménologique basé sur la propagation des bulles dans le milieu est proposé, et rend compte de l’existence de ces deux régimes [4,5]. Enfin, ces deux analyses sont couplées pour étudier les écoulements dans la cellule de Hele-Shaw, et une analyse dimensionnelle de l’effet du confinement et de la gravité sur les écoulements gaz-liquide dans un milieu poreux est proposée.Références –[1] M. Serres, R. Philippe & V. Vidal, to be submitted to Geophys. Res. Lett. (2017). [2] M. Serres, D. Schweich, R. Philippe & V. Vidal, to be submitted to Chem. Eng. Sci. (2017).[3] M. Serres, R. Philippe & V. Vidal, Compte-rendus de la 19e Rencontre du Non-Linéaire, Eds. E. Falcon, M. Lefranc, F. Pétrélis & C.-T. Pham, Non-Linéaire Publications, 109-114 (2016).[4] M. Serres, M.-L. Zanota, R. Philippe & V. Vidal, Int. J. Multiphase Flow 85, 157-163 (2016).[5] M. Serres, T. Maison, R. Philippe & V. Vidal, to be submitted to Int. J. Multiphase Flow (2017)
This thesis focuses on gas-liquid flow in porous media, a common problem encountered in various domains from fundamental physics to applied chemical engineering. We have characterized the hydrodynamic regimes based on two different experimental devices geometry: a millichannel (1D flow) and a Hele-Shaw cell (2D flow). The originality of this work is to analyze the influence of the porous medium (monodisperse micro-packed beds or open cell solid foams), confinement (1D/2D) and gravity by coupling global and local analysis from either chemical engineering or fundamental physics community. On the one hand, a global analysis made it possible to quantify pressure drops, residence time distributions (RTD) based on fluorescent dye transport and gas-liquid mass transfer on the 1D device. On the other hand, a local analysis of the liquid fraction and the spatio-temporal evolution of its frequency pointed out the existence of two hydrodynamic regimes: a Taylor-like regime in which the characteristics of the periodic flow upstream are conserved in the porous medium and a modulated regime characterized by the flow disorganization at the porous medium entrance. A phenomenological model is developed based on bubbles propagation inside the medium and reproduces well both regimes. These two analyses are finally coupled to study multiphase flows inside the Hele-Shaw cell. The effects of gravity and confinement are discussed

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Chraïbi, Mehdi. "Modélisation de l'expansion de gaz dissous dans les huiles lourdes en milieu poreux." Paris 6, 2008. http://www.theses.fr/2008PA066026.

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Abstract:

Le mécanisme physique de production de réservoirs d'huiles par déplétion est l'expansion de gaz dissout. Pour les huiles lourdes, les simulateurs réservoir commerciaux parviennent à reproduire les historiques de production mais ne sont pas fiables en ce qui concerne les prédictions. Une nouvelle approche à l'échelle de Darcy, modélisant les étapes fondamentales du processus de déplétion (nucléation et croissance de bulles, écoulement des phases. . . ) est présentée. Le modèle développé laisse apparaître numériquement des fronts de nucléation qui se propagent dans la carotte de manière analogue aux ondes de choc. Par ailleurs, une théorie asymptotique aboutissant à deux autres modèles mathématiques a été développée. Cette théorie a également permis d'identifier des nombres sans dimensions caractéristiques des huiles lourdes. Enfin, un modèle physique de mobilité du gaz, basé sur une théorie de la percolation est présenté. Ce modèle ouvre la voie à la prédictibilité des modèles de déplétion d'huiles lourdes.

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Amiell, Patrick. "Ecoulements diphasiques gaz-liquide en milieu poreux : etude sur modele physique d'aquifere monoclinal." Paris, ENMP, 1988. http://www.theses.fr/1988ENMP0101.

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Amiell, Patrick. "Ecoulements diphasiques gaz-liquide en milieu poreux étude sur modèle physique d'aquifère monoclinal /." Grenoble 2 : ANRT, 1988. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb376113072.

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Alhaddad, Samiara. "Migration de matières solides dans un milieu poreux : caractérisation de l'érosion interne." Le Havre, 2011. http://www.theses.fr/2011LEHA0008.

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Abstract:

Ce travail de recherche vise à améliorer les connaissances et à mieux cerner la dynamique de l’érosion interne par suffusion dans les sols. L’érosion interne se définit comme la migration de particules sous l’effet d’un écoulement hydraulique souterrain. Cette migration d’éléments constitutifs du sol ou de l’ouvrage engendre des modifications de ses caractéristiques hydrauliques et mécaniques. Ainsi, une modification de la perméabilité de l’ouvrage peut créer une perte d’étanchéité ou une surpression interstitielle, pouvant alors entraîner la rupture de l’ouvrage. L’étude de l’initiation et le développement de l’érosion interne par suffusion sont menés sur des sols reconstitués dans des colonnes de laboratoire à parois rigides. L’objectif principal est d’identifier et d’évaluer l’influence de différents paramètres qui contrôlent les réponses spatio-temporelles des sols reconstitués soumis à un écoulement (conditions hydrauliques, forme et tailles des grains constituant la matrice granulaire, nature et granulométrie ainsi que le pourcentage des fines). L’érosion interne est quantifiée par le suivi de l’évolution des caractéristiques hydrauliques et la caractérisation quantitative et qualitative des particules en suspension évacuées. Des modèles mathématiques ayant pour objet l’estimation de la masse érodée sont employés afin de restituer l’effet de différents paramètres d’essais sur l’arrachement et le drainage des particules fines
This research work aims to improve knowledge and to better understand the dynamics of internal erosion in soils by suffusion. Internal erosion is defined as migration of particles under the effect of subterranean hydraulic flow. The migration of the constituent elements of soil from the structure causes modification of hydraulic and mechanical characteristics of the structure. Thus, a modification in the permeability of the structure can create a loss of seal or pores pressure that can eventually lead to failure of the structure. The experimental study of the initiation and development of internal erosion by suffusion are conducted using reconstituted soils in columns with rigid walls. The primary objective is to identify and evaluate the influence of various parameters that control spatial and temporal responses of reconstituted soils subjected to flow. The parameters studied are hydraulic conditions, forms and sizes of grains constituting the granular matrix, type and size and the percentage of fines. The internal erosion is quantified by tracking the evolution of hydraulic characteristics and the quantitative and qualitative characterization of suspended particles evacuated. Mathematical models are employed to study the effect of different test parameters on the wrenching and draining of fine particles and to estimate the mass eroded

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Béchaud, Céline. "Modélisation numérique de l'adsorption et de la dispersion d'un gaz binaire en milieu poreux." Bordeaux 1, 1998. http://www.theses.fr/1998BOR10576.

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Abstract:

Ce travail de these s'est effectue en collaboration avec la societe air liquide, le laboratoire m. A. B. Et le l. E. P. T. -ensam. L'etude porte sur le procede de production d'oxygene appele p. S. A. (pressure swing adsorption) qui consiste a separer l'oxygene et l'azote de l'air par adsorption selective dans un milieu poreux. Dans un premier temps, j'ai etudie la stabilite hydrodynamique de ce procede. Ensuite, je me suis interessee au calcul numerique des proprietes effectives (tenseur de permeabilite, tenseur de dispersion, porosite, champ de vitesse) du milieu poreux. Pour ce faire, la methode theorique pour determiner les proprietes est explicitee ; ensuite, la resolution numerique des problemes rencontres est abordee et pour finir un milieu poreux est reconstitue pour calculer ses proprietes effectives.

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Grall, Véronique. "Étude expérimentale d'écoulements diphasiques liquide-gaz en mini-canaux et en milieu poreux modèle." Toulouse, INPT, 2001. http://www.theses.fr/2001INPT033H.

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Abstract:

Nous nous intéressons dans le cadre de ce travail à des écoulements diphasiques gaz-liquide co-courants ascendants en milieu poreux grossier (taille des pores supérieure au millimètre). Les situations considérées se distinguent des situations classiques par des effets capillaires qui ne sont plus dominants à l'échelle du volume élémentaire représentatif, par des effets d'inertie pouvant être importants et par une instationnarité marquée de l'interface liquide-gaz. Les écoulements sont étudiés expérimentalement dans deux structures modèles : des mini-canaux à section rectangulaire sans et avec constrictions, et un réseau bidimensionnel de cylindres spatialement périodique. Un premier volet est consacré aux écoulements fortement inertiels. Les différents régimes observés sont caractérisés, les pertes de charges et les saturations sont mesurées en fonction des vitesses superficielles de chaque phase. Ces données sont ensuite utilisées pour évaluer différents modèles proposés dans la littérature et basés sur des extensions empiriques de la loi de Darcy-Forchheimer. Cette évaluation met en évidence les limitations de ces modèles. Ceci conduit à proposer, pour le cas des mini-canaux, une nouvelle modélisation, plus physique, s'inspirant des méthodes développées pour les écoulements diphasiques en conduite. Cette approche fait cependant appel à un paramètre d'ajustement qui semble dépendre du caractère plus ou moins marqué des instationnarités interfaciales. La complexité générale des écoulements étudiés dans ce premier volet nous incite à revenir à une situation plus simple dans une double perspective de compréhension fine et de simulation numérique directe. Cette situation fait l'objet du second volet de la thèse. Nous y étudions l'ascension de trains de bulles sous l'action de la gravité dans un liquide au repos saturant le milieu modèle constitué par le réseau de cylindres spatialement périodique. Les trajectoires, vitesses d'ascension, déformations de bulles et conditions d'appariement sont étudiées expérimentalement pour la gamme des débits d'injection modérés. Aux plus forts débits, des situations complexes caractérisées par des appariements multiples, des coalescences et des ruptures d'amas conduisant à la formation d'un cône de dispersion sont observées.

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Noulis, Apostolos. "Étude physico-chimique des mousses : formulation, rhéologie et écoulement en milieu poreux." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1987. http://www.theses.fr/1987NAN10349.

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Abstract:

Une mousse stable, de qualité reproductible et contrôlée est mise au point. L’influence des paramètres physicochimiques sur sa stabilité est étudiée. Le comportement rhéologique de la mousse est déterminé ainsi que les caractéristiques de son écoulement dans un milieu poreux naturel consolidé. La mousse présente une viscosité de structure, expliquée par le modèle de Herschel-Bulkley, pour les faibles valeurs de vitesse de cisaillement

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Donero, Laeticia. "Développement de micro-capteur et de nano-matériaux pour des applications de détection en milieu liquide." Thesis, Nantes, 2017. http://www.theses.fr/2017NANT4003/document.

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Abstract:

Cette thèse est réalisée dans le cadre d'un partenariat entre deux laboratoires : l'IMN (Institut des Matériaux de Nantes), spécialisé dans l'élaboration de matériaux et l'IETR (Institut d’Electronique et télécommunications), pour ses compétences en microtechnologies et microcapteurs. L'objectif de cette thèse est de développer des microcapteurs originaux intégrant des nanomatériaux dans le but d'augmenter les sensibilités de détection, en particulier en milieu liquide. Les microcapteurs développés à l'IETR sont basés sur des transistors à effet de champ de type " bottom gate " et "dual gate". Dans un premier temps, nous nous sommes focalisés sur l'optimisation du procédé technologique de réalisation des capteurs afin d'obtenir les meilleures caractéristiques électriques pour notre application. Les mesures de détection en utilisant des milieux liquides de différents pH ont été explorées. Une seconde partie du projet, réalisée à l’IMN, a été le développement de nanomatériaux : nanotubes de carbone et couches minces nanoporeuses de carbone. Les études ont porté sur la croissance des nanotubes de carbone déposés par PECVD ainsi que sur l’élaboration des couches nanoporeuses . Ces dernières sont obtenues par dépôt de couches minces composites cuivre/carbone par copulvérisation cathodique magnétron suivi d’une gravure chimique du cuivre. Par la suite, des essais préliminaires d’intégration de ces nanomatériaux carbonés ainsi que de nanofils de silicium ont été réalisés afin de confirmer la compatibilité des procédés de synthèse avec le fonctionnement du dispositif
This thesis is carried out within the framework of a partnership between two laboratories: IMN (Institute of Materials of Nantes), specialized in the elaboration of materials and IETR (Institute of Electronics and Telecommunications) specialized in microtechnologies and microsensors. The objective of this work is to develop original microsensors integrating nanomaterials, in order to obtain charge sensors with high sensitivities, especially in liquid media. The microsensors developed at the IETR are based on "bottom gate" and dual gate field effect transistors. Initially, we focused on the optimization of the technological process of the sensors to obtain the best electrical characteristics for our applications. Detection measurements using different pHs are explored. A second part of the project, carried out at the IMN, was the development of nanomaterials: carbon nanotubes and nanoporous carbon thin films. The studies have focused on the growth of carbon nanotubes deposited by PECVD and on the development of nanoporous layers. The last layers are obtained by depositing copper / carbon composite thin films by magnetron cathodic cosputtering followed by chemical etching of the copper. Subsequently, preliminary tests of integration of these carbon nanomaterials as well as of silicon nanowires were carried out to confirm the compatibility of the synthesis processes with the operation of the device

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Rambaud, Guillaume. "Problématique des transferts en milieu poreux réactif déformable pour procédés de rafraîchissement solaire." Perpignan, 2009. http://www.theses.fr/2009PERP0934.

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Abstract:

Les procédés solaires de production de froid basés sur la sorption ou réaction solide/gaz sont une alternative écologique à la demande croissante du rafraîchissement. Avec le couple solide/gaz SrBr2,1-6H2O/H2O les pressions de travail sont faibles (30 mbar). Une analyse approfondie des transferts de masse, couplés aux transferts de chaleur, dans de tels milieux réactifs est donc nécessaire. De plus l’évolution des grains de sel au cours des réactions modifie la texture poreuse et rend ces caractérisations difficiles. Pour cela, un banc de caractérisation a été réalisé pour déterminer aux bornes des réactions de synthèse et de décomposition ces paramètres de transferts. Il permet également de suivre la cinétique globale de réaction et la déformation sous une contrainte mécanique constante et/ou à volume variable. En parallèle de ces caractérisations, une modélisation de la réaction solide/gaz a permis d’estimer les performances énergétiques d’un réacteur thermochimique pour une application de rafraîchissement solaire
Thermochemical heat transformers can be used for solar air-conditioning for individual dwelling. For safety and environmental reasons, solid gas reactions involving water are very interesting, but the working pressure is rather low (30 mbar) and could lead to a strong mass transfer limitation through the porous reactive bed. Therefore, heat and mass transfers have to be carefully characterized in such reactive bed at low pressure. Besides, the swelling and shrinking of the reactive salt modify the porous media matrix. The whole set of transfer coefficients were identified on the same sample in a single characterisation apparatus at the end of syntheses and decompositions. During these reactions, the overall kinetics and the swelling/shrinking porous media were measured. The modelling of the solid/gas reaction allowed us to estimate the cooling power and heating power of a thermochemical heat transformer

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BONNEFOY, Olivier. "Influence des cristaux d'hydrates de gaz ou de glace sur la perméabilité d'un milieu poreux." Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00009658.

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Abstract:

La première partie est une étude bibiographique. Nous étudions les conditions thermodynamiques de stabilité des hydrates dans un milieu bulk et la composition des phases solide et liquide. Nous décrivons ensuite les écoulements dans les milieux poreux. Enfin, nous fusionnons les deux approches en étudiant l'influence du confinement sur la stabilité des hydrates. Un champ offshore (Blake Ridge) et un champ on-shore (Mallik) sont décrits dans le détail. Ce dernier servira de base aux simulations numériques ultérieures.

La deuxième partie est consacrée aux expériences. Leur but est de mesurer la perméabilité d'un sédiment contenant des cristaux. Pour nous rapprocher des conditions géologiques naturelles, les cristaux sont réalisés en l'absence de phase gazeuse. Il s'avère que les hydrates se forment de manière très hétérogène dans le milieu poreux et ceci rend les mesures non représentatives. Nous pensons que ce résultat est général et qu'à l'échelle de temps du laboratoire, la formation d'hydrates de gaz répartis uniformément dans un milieu poreux est très difficile. Pour contourner cette difficulté, nous montrons de manière théorique que les cristaux de glace ont un comportement analogue aux cristaux d'hydrate (du point de vue des forces de Van der Waals qui gouvernent l'agglomération). Ceci nous permet de calculer la constante de Hamaker des hydrates. La deuxième série d'expériences s'intéresse donc à la perméabilité d'un milieu poreux non consolidé et sous contrainte dont les pores sont occupés par des cristaux de glace. Deux populations de grains de silice sont utilisées pour former le milieu poreux : 3 mm et 200 microns. Avec les gros grains, les résultats font apparaître deux seuils : pour des saturations plus faibles que le seuil inférieur, la présence des cristaux n'affecte pas la perméabilité. Pour des saturations plus grandes que le seul supérieur, la perméabilité est quasiment nulle (phénomène de percolation). Entre les deux, la perméabilité décroît exponentiellement en fonction de la saturation. Avec les grains fins, la perméabilité décroît avec la même vitesse.

La dernière partie est une étude numérique sur le champ Mallik. Après avoir posé les équations décrivant les transferts massiques et de chaleur dans l'espace et au cours du temps, nous étudions un cas limite unidimensionnel. Ceci nous permet de voir l'influence de la courbe 'Perméabilité = f(saturation)' obtenue expérimentalement sur la quantité de gaz produite. Le code proposé permet également d'évaluer différents scénarios de production, dont la dépressurisation assistée par formation de glace.

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Gauthier, Ségolène. "Contribution à l'étude de la combustion de mélanges gaz naturel-hydrogène en milieu poreux catalytique." Lyon, INSA, 2008. http://www.theses.fr/2008ISAL0050.

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Abstract:

Dans le contexte actuel des problèmes environnementaux et de la disponibilité limitée des ressources fossiles, il est nécessaire de développer des brûleurs performants et peu polluants, et d’utiliser des sources d’énergie non fossiles. Cette étude porte sur la combustion de mélanges gaz naturel/hydrogène en milieu poreux catalytiques. En effet, les brûleurs radiants poreux permettent d’obtenir une efficacité élevée et de faibles émissions de polluants. Le comportement de ces brûleurs est cependant complexe et peut être fortement modifié par l’introduction d’hydrogène. L’objectif de cette thèse est dans un premier temps d’étudier le comportement d’un brûleur radiant poreux constitué d’un support poreux de type mousse catalysé ou non et de comprendre les phénomènes en jeu, pour ensuite étudier l’influence de la structure et de la nature du milieu poreux et pouvoir ainsi optimiser le brûleur. Des tests expérimentaux sur quatre mousses différentes (deux mousses métalliques et deux mousses céramiques) et pour des mélanges combustibles contenant de 100% vol. De gaz naturel à 100% vol. D’hydrogène ont été effectués. Ils ont permis de définir les zones de fonctionnement pour chaque support. L’ajout d’hydrogène réduit la zone de fonctionnement du brûleur jusqu’à une disparition complète du mode radiant au-delà de 80% vol d’hydrogène. Un modèle numérique a été développé. Il permet de représenter les zones de fonctionnement obtenues expérimentalement et reproduit l’évolution des émissions de polluants en fonction de la richesse, de la puissance spécifique et de la quantité d’hydrogène. Les phénomènes prenant place au sein du brûleur sont fortement couplés. Ils conditionnent la position du front de combustion et ainsi les performances du brûleur. La diminution de la conductivité thermique, du transfert de chaleur entre la phase gaz et la phase solide et du coefficient d’absorption permettent à la fois de réduire les émissions de CO et de NO et d’augmenter le flux radiatif. Leur variation est cependant limitée par une réduction de la résistance du brûleur à la remontée de la zone de combustion vers l’entrée
In the present context of environmental problems and the limited disponibility of fossils ressources, we need to develop burners with high efficiency and low pollutants emissions, and to use non-fossils ressources. This study deals with the combustion of natural gas/hydrogen mixtures in catalytic porous media. Indeed, porous radiant burners can show high efficiency and low pollutants emissions. Their behavior is however complex and can be highly affected by the use of hydrogen. The objective of this thesis is to study the behavior of a porous radiant burner made of a foam, catalysed or not, and to understand the physical phenomenas. Then, the influence of the structure and the nature of the porous media is studied in order to optimise the burner. Experimental tests on four different foams and for mixtures containing 100% vol. Of natural gas to 100% vol. Of hydrogen have been made. The working zones for each support have been identified. The use of hydrogen reduces the working zone of the burner. A numerical model has been developped. It can reproduce the experimental working diagrams and reproduces the evolution of the pollutants emissions with the equivalence ratio, the specific power and the quantity of hydrogen. The phenomenas in the burner are highly coupled. They affect the position of the combustion zone and then the efficiency of the burner. The decrease of the thermal conductivity, the heat transfer between the gas phase and the solid phase and the absorption coefficient induce a decrease of the pollutants emissions as well as an increase of the radiative flux. Their change is however limited by a decrease of the ability of the burner to prevent a flashback

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Bonnefoy, Olivier. "Influence de cristaux d'hydrates de gaz ou de glace sur la perméabilité d'un milieu poreux." Saint-Etienne, EMSE, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00009658.

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Abstract:

La première partie est une étude Bibliographique. Nous étudions les conditions thermodynamiques de stabilité des hydrates dans un milieu bulk et la composition des phases solide et liquide. Nous décrivons ensuite les écoulements dans les milieux poreux. Enfin, nous fusionnons les deux approches en étudiant l'influence du confinement sur la stabilité des hydrates. Un champ offshore (Blake Ridge) et un champ on-shore (Mallik) sont décrits dans le détail. Ce dernier servira de base aux simulations numériques ultérieures. La deuxième partie est consacrée aux expériences. Leur but est de mesurer la perméabilité d'un sédiment contenant des cristaux. Pour nous rapprocher des conditions géologiques naturelles, les cristaux sont réalisés en l'absence de phase gazeuse. Il s'avère que les hydrates se forment de manière très hétérogène dans le milieu poreux et ceci rend les mesures non représentatives. Nous pensons que ce résultat est général et qu'à l'échelle de temps du laboratoire, la formation d'hydrates de gaz répartis uniformément dans un milieu poreux est très difficile. Pour contourner cette difficulté, nous montrons de manière théorique que les cristaux de glace ont un comportement analogue aux cristaux d'hydrate (du point de vue des forces de Van der Waals qui gouvernent l'agglomération). Ceci nous permet de calculer la constante de Hamaker des hydrates. La deuxième série d'expériences s'intéresse donc à la perméabilité d'un milieu poreux non consolidé et sous contrainte dont les pores sont occupés par des cristaux de glace. Deux populations de grains de silice sont utilisées pour former le milieu poreux : 3 mm et 0,2 mm. Avec les gros grains, les résultats font apparaître deux seuils : pour des saturations plus faibles que le seuil inférieur, la présence des cristaux n'affecte pas la perméabilité. Pour des saturations plus grandes que le seul supérieur, la perméabilité est quasiment nulle (phénomène de percolation). Entre les deux, la perméabilité décroît exponentiellement en fonction de la saturation. Avec les grains fins, la perméabilité décroît avec la même vitesse. La dernière partie est une étude numérique sur le champ Mallik. Après avoir posé les équations décrivant les transferts massiques et de chaleur dans l'espace et au cours du temps, nous étudions un cas limite unidimensionnel. Ceci nous permet de voir l'influence de la courbe « Perméabilité = f(saturation) » obtenue expérimentalement sur la quantité de gaz produite. Le code proposé permet également d'évaluer différents scénarios de production, dont la dépressurisation assistée par formation de glace
The first part is a bibliographic study. We study the conditions for thermodynamic equilibrium of the hydrates as a bulk medium and the composition of the liquid and solid phases. We then describe the basics of fluid dynamics in a porous medium. Eventually, we merge the two approaches and study the influence of the porous medium on the hydrate stability. An off-shore hydrate field (Blake Ridge) and an on-shore field (Mallik) are precisely described. The latter will be used as a reference case for subsequent numerical simulations. The second part is devoted to the experiments. Their goal is to measure the permeability of a sediment containing crystals. To get closer to natural geologic conditions, crystals are synthesized in absence of free gas. It turns out that hydrates form in a very heterogeneous way in the porous medium, which makes the measurements non representative. We believe that this result has a general character and that, at the laboratory time-scale, it is difficult, to say the least to achieve a uniform distribution of gas hydrates grown from dissolved gas. To circumvene this difficulty, we show, with a theoretical approach, that ice crystals behave much the same way as the hydrate crystals, concerning the Van der Waals forces that govern the agglomeration. This allows us to calculate the Hamaker constant of the hydrates. The second serie of experiments focuses on the permeability of a non consolidated porous medium under mechanical stress, where the pores are filled with ice crystals. Two silica beads populations are used to form a porous medium : 3 mm and 0,2 mm. With the large grains, results show two thresholds : for saturations below the lower threshold, the presence of crystals does not modify the permeability. For saturations above the upper threshold, the permeability vanishes almost completely (percolation phenomenon). Between these two limits, the permeability decreases exponentially with the saturation. With the fine grains, the permeability decreases with the same rate. The last part concerns the numerical study of the Mallik field. We write the equations describing the heat and mass transfers as a function of space and time. Then, we study a one-dimensional limiting case. This allows us to evaluate the influence of the experimentally obtained “Permeability = f(saturation)” curve on the amount of produced gas. The proposed code gives a way to assess different production scenario, as the pressure reduction enhanced by ice formation

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Guerry, Emmanuel. "Migration de macromolécules dans un milieu poreux : application au séquençage de l'ADN par électrophorèse." Paris 11, 1996. http://www.theses.fr/1996PA112548.

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Morelon, Isabelle. "Dispersion d'une solution micellaire de tensio-actif au cours de sa migration en milieu poreux." Rueil-Malmaison : Paris : Institut français du pétrole ; diffusion Technip, 1986. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb34874099m.

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Wilbois, Boris. "Modèle macroscopique d'écoulements de fluides multiconstituants en milieu poreux applicable aux gisements pétroliers." Bordeaux 1, 2003. http://www.theses.fr/2003BOR12773.

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Abstract:

L'optimisation de l'exploitation d'un gisement pétrolier passe par la connaissance de la distribution des fluides en présence. Il est donc important de comprendre les phénomènes influant sur les hydrocarbures dans un réservoir afin de pouvoir modéliser l'état initial du gisement. Les contraintes agissant sur le système sont la gravité et le gradient géothermique. La grande extension verticale des réservoirs met en lumière un phénomène physique habituellement absent de la modélisation d'écoulements, la ségrégation gravitationnelle. Celle-ci peut être amplifiée ou atténuée par la thermodiffusion qui apparaît lorsqu'un gradient de température est imposé à un mélange. Enfin, certaines inhomogénéités peuvent amener localement le système à entrer en convection. Le modèle présenté dans ce document permet d'intégrer l'ensemble de ces phénomènes mais il constitue aussi une nouvelle approche de la modélisation des mélanges. En effet, le système d'équations basé sur la thermodynamique des processus irreversibles ne comprend pas une équation de mouvement du mélange et (n-1)-équations d'advection-diffusion mais n-équations de mouvement.

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François, Marie. "Approche expérimentale d’écoulement gaz/liquide en milieu poreux modèle : application aux lits fixes pour la catalyse hétérogène." Thesis, Bordeaux, 2016. http://www.theses.fr/2016BORD0216/document.

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Abstract:

Les réactions de catalyse hétérogène impliquant un gaz et un liquide sont mises en oeuvre dans des réacteurs à lit fixes. Ces réacteurs peuvent être assimilés à un milieu poreux. La nature complexe de ce milieu rend la compréhension des interactions entre phases difficile, et nécessite une étude exhaustive à l’échelle globale et locale afin d’identifier les paramètres clés de l’hydrodynamique, des transferts de chaleur et de matière. Nous avons donc développé une cellule miniaturisée bidimensionnelle transparente, qui permet l’observation directe des écoulements avec une très bonne résolution spatiale et temporelle. En faisant varier le débit total et le rapport des débits gaz/liquide, nous avons mis en évidence l’apparition des régimes ruisselant et pulsé, observés par ailleurs dans des systèmes tridimensionnels. Grâce à une méthode d’analyse d’image, nous sommes capables de quantifier et cartographier la saturation liquide locale apparente et la morphologie des phases. L’analyse des variances a permis d’étudier les transitions de régimes pour différentes propriétés de la phase liquide. Cette approche a permis de comparer avec la littérature, mais aussi de s’intéresser aux mécanismes de génération et propagation des instabilités lors des transitions. Il a été mis en évidence que l’apparition des instabilités responsables de la déstabilisation du régime ruisselant intervient pour un nombre deWeber liquide fixé, indiquant que le régime pulsé apparait suite à la déstabilisation des interfaces gaz /liquides par les forces inertielles. Enfin, une étude préliminaire des transferts thermiques dans la cellule a été réalisée. La cellule est utilisée pour réaliser la réaction exothermique d’hydrogénation de l’alpha-methylstyrène. Un modèle simple de transferts thermique a été utilisé pour caractériser l’augmentation de température dans la cellule. Bien que cette approche ne permette pas des mesures quantitatives, elle ouvre à la perspective de suivi de transferts thermiques par caméra infra-rouge
Heterogeneously catalyzed reactions involving a gas and a liquid phase are frequently achieved in fixed bed reactors. These reactors can be described as a porous medium. The complex nature of this medium makes the understanding of the interplay between phases difficult, and requires a thorough study at the global andlocal scale to identify the key parameters of hydrodynamics, mass and heat transfers. Therefore, we have developed a miniaturized two-dimensional system that is transparent to allow the direct observation of the flow with very high spatial and temporal resolution. While varying the total flow rate and the gas/liquid flow rate ratio, we observe the appearance of the trickle and the pulse flow regime, which can be observed in threedimensional beds. Thanks to some image analysis techniques, we are able to quantify and to map the local apparent liquid saturation and the morphology of the phases. Variances analysis allowed the study of the transition for different liquid properties. This approach allowed the comparison with the existing state of art, but also the study of the onset and propagation mechanisms of the instabilities during the transition. We report that the onset of instabilities responsible for the destabilization of the trickle flow regime occurs at a fixed Weber number. This indicates that the pulsed regime is due to the destabilization of the gas/liquid interface by inertial forces. Finally, a preliminary study of thermal transfers in the device was realized. The device was used to perform the exothermic hydrogenation of alpha-methylstyrene. A simple model is used to characterize the temperature increase in the device. Although this approach does not allow quantitative measurements, it opens up the perspective of monitoring thermal transfers with an infra-red camera

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Jacobs, Albert. "Transport bactérien en milieu poreux : expérimentations et modélisation : migration de bactéries issues de boues de STEP." Avignon, 2007. http://www.theses.fr/2007AVIG0610.

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Abstract:

L’étude du transport bactérien en milieux poreux est un enjeu important pour la protection des nappes phréatiques contre des contaminations microbiologiques. La pratique d’épandage des effluents des stations d’épuration est une source de bactéries pathogènes dont le déplacement dans le sol constitue un risque pour la santé publique. Le transport d’une bactérie dans un milieu poreux résulte d’une compétition entre processus de déplacement, d’adhésion et de blocage. Des expériences avec une large gamme de bactéries aux propriétés de surface différentes (composantes de la tension de surface et charges) ont été réalisées pour essayer de relier ces propriétés à leur rétention en milieu poreux. Les résultats montrent que les cinétiques de rétention sont corrélées aux interactions électrostatiques mais qu’il ne semble pas y avoir de corrélation entre l’énergie libre totale d’interaction et la quantité de bactéries retenues. L’observation in situ par microscopie confocale du déplacement de cellules d’Escherichia coli a mis en évidence le coinçage des cellules bactériennes par des rugosités de surface et les zones de contact entre grains d’un milieu poreux. Ces résultats confirment l’existence de possibilités de rétention en milieux poreux même en présence de conditions défavorables (énergie libre totale d’interaction positive). Des expériences de transport avec Escherichia coli conduites dans des milieux poreux se différentiant par leur porosité et physico-chimie ont été utilisées pour évaluer le poids respectif des phénomènes de transport et d’adhésion dans la migration de cellules et pour tester un modèle de transport. La restitution des courbes d’élution observées a requis la prise en compte de deux types de détachements des cellules retenues. Les cellules retenues par les interactions de faibles intensités (Lifshitz-van der Waals) peuvent se décrocher sous l’effet des forces hydrodynamiques ou par des répulsions électrostatiques dont la portée et l’intensité augmentent lorsque la force ionique de la solution diminue. Les cellules fortement retenues peuvent aussi se détacher mais à un rythme lent et donnent lieu à de longues traînées. Les résultats ont montré que dans les milieux homogènes le transport bactérien est principalement gouverné par les interactions électrostatiques, alors que dans des milieux présentant une porosité plus compliquée, le transport est moins dépendant des interactions électrostatiques, voire très peu influencé par celles-ci. L’étude du transport, dans un sable et dans un sol, d’une communauté bactérienne issue d’une boue de station d’épuration a montré les points suivants : i/ une forte réduction de la diversité microbienne et de la concentration bactérienne ; ii/ parmi les espèces transportées se trouvaient des coliformes fécaux ; iii/ les bactéries ayant traversé les colonnes sont chargées négativement. Ces résultats confirment le rôle important des interactions électrostatiques sur la migration de bactéries en milieux poreux
The study of bacterial transport in porous media is an important stake for the protection of ground water resources against microbial contaminations. Disposal of waste water plants effluents is an important source of pathogenic bacteria in the environment whose displacement in the ground may cause health concerns. The transport of a bacterium in a porous matrix is subjected to a competition between displacement, adhesion and blocking processes. Experiences with a broad range of bacteria with variable cellular surface properties revealed that the transport and adhesion behaviour is not identical for all the strains but depended on their respective hydrophobic and electrophoretic cell characteristics. Bacterial adhesion in porous media prevents their transport but is not an irreversible phenomenon. A model of bacterial transport in porous media able to reproduce correctly the experimental observations required to take into account two types of cell detachments: slow and fast. The cells retained by weak interactions (Lifshitz-van der Waals) can be detached by hydrodynamic forces or electrostatic repulsions whose range and intensity increase when the ionic force of a solution decreases. These results showed also that bacterial transport relied heavily on electrostatic interactions. Transport conditions are enhanced by higher electrostatic repulsions between cells and solid surface. In situ observations of Escherichia coli cells moving through pores highlighted the wedging of the bacterial cells by surface roughness and at zones of contact between porous media grains. In homogeneous mediums such as sand bacterial transport is mainly controlled by electrostatic interactions. However in heterogeneous mediums such as a soil hydrodynamics and porosity are more important. In particular for unsaturated soils where filtration of cells by small pores considerably reduces bacterial transport. The study of the fate in sand and soil media of bacterial communities from waste water plant sludge showed that faecal coliforms were among the species able to be transported. The results of this study made it possible to define safety rules related to waste water plants effluents spreading practices

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Thebault, Jean-Frédéric. "Modélisation des transports de constituants intervenant dans les écoulements diphasiques gaz-eau en milieu poreux : application aux stockages de gaz naturel en nappe aquifère." Bordeaux 1, 1995. http://www.theses.fr/1995BOR10523.

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Abstract:

Gaz de france et elf aquitaine exploitent des nappes aquiferes profondes pour le stockage de gaz naturel, et s'interrogent quant au devenir a tres long terme du gaz dissous dans l'eau, ou de constituants presents a l'etat de trace dans le gaz naturel, une fois en contact avec l'eau. L'objectif de cette these est de determiner les differents phenomenes physiques intervenant puis, au travers de l'elaboration et la realisation d'outils numeriques, de les quantifier. Cette etude traite donc d'ecoulements diphasiques en milieu poreux naturel. Un chapitre est consacre a la dispersion numerique apparaissant lors du traitement en volumes finis des termes convectifs. Il y est ensuite presente une etude simplifiee generale des effets thermiques engendres par le gradient geothermique dans ces aquiferes. Le probleme du gaz dissous est traite de facon simplifiee en ne representant que les ecoulements monophasiques d'eau. Le transport de constituants presents a l'etat de trace est, lui, traite de facon complexe, en representant des ecoulements diphasiques gaz-eau, avec modelisation d'adsorption sur la phase solide

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Gayet, Pascal. "Formation/dissociation d'hydrates de gaz en milieu poreux : effet de la capillarité sur les conditions d'équilibre P/T." Pau, 2005. http://www.theses.fr/2005PAUU3011.

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Abstract:

Les hydrates de gaz sont des composés solides qui pourraient être utilisés comme indicateurs thermiques des gisements d'hydrocarbures qu'ils surplombent. Pour cela, il est nécessaire de connaître avec précision leurs conditions d'équilibre P/T en milieu poreux. Le travail rapporté dans ce mémoire est une contribution à l'étude de ces conditions. Nous avons mis au point deux montages expérimentaux. Le premier, muni d'une cellule transparente, permet de visualiser et de mesurer les conditions d'équilibre des hydrates jusqu'à 0,5 MPa. Le second, muni d'une cellule sans fenêtre, permet de mesurer les conditions d'équilibre des hydrates jusqu'à 60 MPa. Nous avons vérifié que, en l'absence de milieu poreux, l'introduction d'un tensioactif (SDS) accélère la formation des hydrates. Leurs conditions d'équilibre mesurées et calculées sont en bon accord avec les données de la littérature sur l'intervalle 0,2 – 0,5 MPa pour l'hydrate de propane et 3 – 20 MPa pour l'hydrate de méthane. Nous avons amélioré la connaissance, tant expérimentale que théorique, des conditions d'équilibre de l'hydrate de méthane entre 20 et 53 MPa. Nous avons également vérifié que seuls des milieux mésoporeux (billes de silice, argile) ont une influence sur les conditions d'équilibre des hydrates. Ils produisent des décalages vers les plus basses températures et les plus hautes pressions, d'autant plus grands que les tailles des mésopores sont plus petites. Sur la base d'un modèle de van der Waals et Platteeuw modifié, nous avons montré que les décalages mesurés peuvent être attribués à la distribution de tailles des mésopores
Gas hydrates are solid compounds that could be used as a thermal tracer for the oil or gas fields they recover. In order to do it, the P/T equilibrium conditions must be known accurately in porous medium. The work presented in this report is a contribution to the study of these conditions. Two experimental set-ups were built up. The first one, provided with a transparent cell, allows to visualize and measure equilibrium conditions of gas hydrates up to 0. 5 MPa. The second one, provided with a cell without any windows, allows to measure equilibrium conditions of gas hydrates up to 60 MPa. We checked that, in a bulk system, the use of a surfactant (SDS) accelerated hydrate formation. Their equilibrium conditions, measured and calculated, were in good agreement with literature data in the ranges 0. 2 – 0. 5 MPa for propane hydrate and 3 – 20 MPa for methane hydrate. We determined equilibrium conditions of methane hydrate, experimentally and theoretically, between 20 and 53 MPa, which completed literature data. We also checked that only mesoporous media (silica gels, clay) had an influence on equilibrium conditions of gas hydrates. They are shifted to lower temperatures and higher pressures and the smaller the mesopores, the higher the shift. On the basis of a modified van der Waals and Platteeux model, we demonstrated that shifts depended on the pore size distribution of the mesoporous systems

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Charton, Sophie. "Étude et modélisation en régime transitoire d'un écoulement de gaz à haute pression dans un milieu poreux réactif." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1997. http://www.theses.fr/1997INPL012N.

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Abstract:

Le présent travail consiste en l'étude et la modélisation d'un procédé dans lequel un réacteur hétérogène est traversé, à débit variable, par un gaz sous haute pression (plusieurs centaines de bars) provenant d'un réservoir fermé. Le gaz, qui réagit avec le solide poreux de manière exothermique, est collecté, à sa sortie du réacteur, dans un second réservoir initialement vide, connecté au réacteur par un tube long et de faible section. Un modèle et un outil de simulation du procédé, prenant en compte le couplage du transfert de matière avec la réaction chimique et le transfert thermique, ont été développés. Les paramètres physico-chimiques qui caractérisent le système et interviennent dans le modèle ont été mesurés (perméabilité et conductivité thermique effective du réacteur, cinétiques d'échange de matière, dispersion axiale, construction de la courbe de Van Deemter à vitesse variable). Une maquette instrumentée du procédé, incluant le couplage du réacteur et d'un spectromètre de masse quadripolaire, a été mise au point. Ce dispositif, qui permet de suivre en continu la pression, la température et la composition du système au cours de la détente rapide du gaz, a été utilisé pour valider le modèle. L’outil de simulation a été exploité pour étudier la sensibilité du procédé à certains paramètres opératoires (pression initiale du gaz, porosité du réacteur, etc. . . . ). Les simulations ont de plus permis de prévoir l'influence de la dégradation du solide poreux sur les performances du système.

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Cayeux, de Sénarpont Marie-Dominique de. "Contribution a l'etude de la migration et de la retention de particules minerales dans un milieu poreux." Paris 7, 1988. http://www.theses.fr/1988PA077027.

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Cayeux, de Sénarpont Marie-Dominique de. "Contribution à l'étude de la migration et de la rétention de particules minérales dans un milieu poreux." Grenoble 2 : ANRT, 1988. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37612551b.

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Dridi, Wissem. "Couplage entre corrosion et comportement diphasique dans un milieu poreux : Application à l'évolution d'un stockage des déchets radioactifs." Phd thesis, Ecole des Ponts ParisTech, 2005. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00001422.

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Abstract:

Dans les concepts actuels de stockage des déchets radioactifs en formations géologiques, le conteneur métallique emballant les colis se retrouvera en contact d'un milieu argileux totalement ou partiellement saturé. Après consommation totale de l'oxygène piégée, la corrosion du conteneur entame une phase anoxique en produisant de l'hydrogène. Dans la logique d'une évaluation des performances du stockage, deux problématiques essentielles sont abordées par la présente étude: la prédiction de la cinétique de corrosion anoxique à long terme en fonction de l'état hydrique de l'argile de voisinage et l'évaluation du risque d'endommagement hydro-mécanique de l'argile lié à la production d'hydrogène. Les mécanismes qui contrôlent la cinétique de la corrosion se limitent à la croissance de la couche d'oxyde et au transport à travers la porosité de ce film. Une description macroscopique de ces mécanismes couplée avec une loi d'interface a permis de proposer un modèle mécanistique de la corrosion anoxique dans un milieu poreux non saturé. Cette démarche est validée à partir des essais réalisés dans des argiles saturées sur une durée décennale. La validation est ensuite étendue vers les argiles partiellement saturées à partir des essais réalisés en laboratoire. Ces derniers ont confirmé la croissance de la vitesse de corrosion anoxique avec l'humidité relative comme dans le cas de la corrosion aérée ou atmosphérique. Concernant la problématique gaz, des simulations de l'essai oedométrique et triaxial MEGAS sont menées moyennant des choix ciblés sur les paramètres de transport dans l'argile. Une évaluation de l'impact de la corrosion est ensuite appliquée à un concept de stockage géologique. La maîtrise du terme source gaz a permis de minimiser le risque de surpressions gazeuses, de désaturation locale et des déformations mécaniques à long terme.

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Vu, Thai-Hoa. "Caractérisation de la phase solide et transferts de gaz dans les milieux poreux insaturés : étude expérimentale et modélisation appliquées à la diffusion de l'hydrogène dans les matériaux cimentaires." Toulouse, INSA, 2009. http://eprint.insa-toulouse.fr/archive/00000324/.

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Abstract:

L’objectif de cette étude est de préciser le lien existant entre la microstructure porale des matériaux cimentaires et leurs propriétés diffusives au gaz en fonction de la localisation de la phase aqueuse dans les pores et de la saturation globale du matériau. Les matériaux cimentaires étudiés sont des pâtes de ciment et des mortiers. Pour répondre à l’objectif de l’étude, les matériaux étudiés sont caractérisés de façon détaillée en croisant plusieurs techniques expérimentales : porométrie au mercure, porométrie à l’eau, thermoporométrie, sorption d’azote et désorption de vapeur d’eau. D’un autre côté, des essais de diffusion sur les matériaux conservés à l’humidité relative contrôlée permettent de déterminer l’évolution de la diffusivité en fonction de l’état de saturation en mesurant le coefficient de diffusion effectif à l’hydrogène grâce à la chromatographie en phase gazeuse. Ces résultats expérimentaux constituent aussi la base de données permettant une comparaison à une approche par simulation numérique. La modélisation numérique approche les phénomènes de transfert par la combinaison de la diffusion ordinaire et de la diffusion de Knudsen à travers des modèles de milieu poreux et tient compte de la tortuosité et du niveau de saturation du milieu poreux
This thesis documents the relationship between the porous microstructure of cement based materials and theirs gaseous diffusivity properties relative to the aqueous phase location and the global saturation level of the material. The materials studied are cement pastes and mortars. To meet the thesis objective, the materials are characterized in detail by means of several experimental methods: mercury intrusion porosimetry, water porosimetry, thermoporometry, nitrogen sorption and water desorption. In addition, diffusion tests realized on materials maintained in controlled humidity chambers allow obtaining the effective hydrogen diffusivity as function of the microstructure and the saturation state of material with a gas chromatography. The experimental results are then used as a data base that is compared to a modeling approach. The model developed consists of a combination of ordinary diffusion (Fick regime) and Knudsen diffusion of hydrogen. The model also accounts for the effects of the liquid curtains, the impact of tortuosity on gas diffusion, and the saturation level of the porous system

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El-Yousfi, Adel. "Contribution à l'étude des mécanismes de formation d'une phase gazeuse par détente d'une solution binaire (liquide-gaz) en milieu poreux." Toulouse, INPT, 1992. http://www.theses.fr/1992INPT004H.

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Abstract:

Le travail presente dans ce memoire concerne l'etude de l'apparition de bulles de gaz par decompression d'un liquide en milieu poreux modele (micromodele). Cette situation se rencontre lors de l'exploitation de certains gisements petroliers ou geothermiques. Les objectifs principalement vises sont: l'analyse des mecanismes qui gouvernent la nucleation des bulles et leurs croissances et l'evaluation des possibilites offertes par certains modeles pour predire la cinetique de production. L'observation des sites de nucleation, le nombre de bulles et leur cinetique de croissance en fonction de la chute de pression, permettent de proposer un mecanisme de formation de la phase gazeuse similaire a celui observe lors de l'ebullition d'un liquide sur une paroi rugueuse. Il est constitue de 4 etapes: nucleation heterogene ou preexistence de microbulles, croissance et piegeage capillaire dans des rugosites, activation d'une fraction des sites et croissance des bulles par diffusion. Les 3 premieres etapes sont quasi instantanees, quant a l'etape de diffusion elle controle le temps de croissance de la bulle jusqu'a l'echelle d'observation. Les experiences de croissance d'amas par diffusion et expansion ont permis de degager: le role et l'importance relative du nombre de bulles (aire interfaciale), la bonne productibilite des phenomenes qui controlent le developpement du volume gazeux confirmant en outre l'evolution vers une structure du type percolation, le succes relatif d'un modele fonde sur l'hypothese de microbulles piegees (modele de yang) pour interpreter les experiences a taux de decompression donne

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Camassel, Bruno. "Contribution à l'étude du changement de phase liquide-vapeur en milieu poreux." Toulouse 3, 2003. http://www.theses.fr/2003TOU30157.

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POT, VALERIE. "Etude microscopique du transport et du changement de phase en milieu poreux par la methode des gaz sur reseau." Paris 6, 1994. http://www.theses.fr/1994PA066233.

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Abstract:

Les phenomenes d'evaporation dans un milieu poreux sont traites dans ce travail par la methode des gaz sur reseau. Nous avons utilise le modele liquide-gaz a deux dimensions de appert et zaleski, 1990, qui simule un fluide capable de subir une transition de phase spontanee amenant une separation de phase entre une phase a densite legere (le gaz) et une phase a densite forte (le liquide). Nous avons verifie que le modele obeit aux lois de l'hydrodynamique et de la thermodynamique bien que dans ce dernier cas, le modele ne possede pas d'energie interne. Nous nous sommes attaches a essayer de quantifier les differents transferts d'eau en phase liquide et en phase vapeur qui se mettent en place lors de l'evaporation dans un sol. Pour cela, nous avons simule numeriquement des evaporations isothermes en geometrie simple, telle que un capillaire, et en geometrie plus complexe telle que celle d'un milieu poreux. Une etude microscopique du comportement d'un menisque pour differents etats de saturation d'un pore a ete egalement menee. Nous avons passe le modele liquide-gaz de deux a trois dimensions et nous presentons des resultats d'evaporation en milieu poreux realise avec ce dernier. Ces modeles mettent en evidence le role du flux de surface, c'est-a-dire des films mouillants. A l'aide du modele a trois dimensions, la pression de disjonction regnant a l'interieur de ces films a pu etre mesuree. Enfin, cette etude numerique a ete completee par une experience reelle d'evaporation dans un capillaire. Cette experience nouvelle s'attache a comprendre les mecanismes intimes de l'evaporation. Un suivi isotopique des differents compartiments (phase vapeur, phase liquide) permet une meilleure comprehension des mecanismes convectifs et diffusifs a l'origine des transferts d'eau. Les resultats obtenus nous encouragent a ameliorer le modele a trois dimensions en le rendant multi-phasique, de facon a modeliser la diffusion des differentes especes (eau, air, isotopes) et utiliser le comportement des isotopes de l'eau lors de l'evaporation pour quantifier les differents flux d'eau

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Dominguez, Armando. "Formation d'une phase gazeuse par décompression d'une solution binaire (liquide-gaz) en milieu poreux : étude expérimentale et modélisation sur milieux modèles." Toulouse, INPT, 1997. http://www.theses.fr/1997INPT027G.

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Abstract:

Le travail presente dans ce memoire concerne l'etude de la formation et de la croissance d'une phase gazeuse par decompression d'un liquide sursature en gaz au sein d'un milieu poreux. La maitrise de cette situation, qui se rencontre lors de l'exploitation de certains gisements de petrole ou geothermiques, est tout a fait capitale pour traiter convenablement les historiques de production de masse ou d'energie. Inscrit dans la continuite des etudes anterieurement developpees sur le sujet au sein de l'institut de mecanique des fluides de toulouse, le present travail s'efforce de repondre a deux objectifs: premierement, completer l'investigation experimentale deja effectuee, en utilisant une gamme plus large de solutions, afin d'evaluer non seulement l'influence du nombre de jacob et du taux de decompression mais egalement de la mouillabilite et de la gravite sur les phenomenes etudies, deuxiemement, proposer des modeles de simulation numerique offrant des possibilites d'analyse et de prediction aussi bien de la formation de la phase gazeuse (nucleation) que de sa croissance. Pour developper ce programme, en l'occurence limite a la configuration 2d (afin de pouvoir associer aux donnees quantitatives des observations phenomenologiques) et aux regimes principalement controles par la capillarite et la diffusion moleculaire (afin d'eviter la complexite du couplage des phenomenes hydrodynamiques et massiques dans la simulation numerique) differents moyens methodologiques ont ete adaptes, developpes et evalues. Ces moyens concernent: du point de vue experimental: l'implantation d'un systeme d'acquisition et de traitement d'images permettant le suivi instantane de l'apparition des bulles de gaz et de leur croissance, du point de vue numerique: la conception d'un automate permettant de reproduire la localisation spatiale des sites de nucleation et surtout la croissance des amas gazeux. Outre la confirmation des mecanismes de formation de la phase gazeuse: preexistence de bulles, piegeage capillaire, activation sequentielle des sites et croissance par diffusion, les resultats experimentaux ont permis de distinguer et de quantifier les consequences de la sursaturation du mouillage et de la gravite sur la croissance de la phase gazeuse. Les lois obtenues sont tres differentes de celles connues hors milieu poreux. Comme l'indique l'etude de certains facteurs geometriques, issus de l'analyse d'images, ces differences sont fortement correlees avec l'evolution specifique de l'aire interfaciale, gaz-liquide, au sein de la microstructure. La simulation du processus de croissance d'un amas gazeux et d'envahissement du milieu poreux a ete effectuee a l'aide d'un automate numerique construit a partir des observations, analyses et interpretations des phenomenes a l'echelle des pores. Fonde sur une succession d'

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Garcia, Vindas José Ralph. "Transport du radon en milieu poreux (expérimentation et modélisation) : implication pour la réalisation et l'interprétation de mesures "in situ"." Montpellier 2, 1999. http://www.theses.fr/1999MON20003.

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Abstract:

Le radon est un gaz rare et radioactif qui est produit dans la chaine de desintegration de l'uranium. Grace a sa periode (3. 82 jours), il peut se deplacer dans le sol et parcourir de grandes distances avant de se desintegrer. Les mecanismes de transport de ce gaz dans le sol sont la diffusion ou la convection. Dans ce travail, nous etudions le transport du radon dans un milieu poreux et l'influence de certains parametres exterieurs sur l'emanation de ce gaz. Le chapitre i est une compilation des notions generales sur le radon et de son utilisation dans les sciences de la terre. Dans le deuxieme chapitre nous abordons le sujet de la detection de ce gaz. Nous decrivons les appareils de mesure utilises dans ce travail et nous etudions l'efficacite de leur reponse en fonction des variations de la concentration. Le chapitre iii expose la theorie general du transport de ce gaz et montre les resultats des mesures effectuees par differents auteurs et leur correlation probable avec les parametres climatologiques et geophysiques. Dans le quatrieme chapitre nous realisons en laboratoire une etude de la solubilisation du radon dans l'eau et une simulation de la pluie sur le campus. Il est resulte de ces travaux la conception d'une sonde sous-marine permettant de realiser des mesures ponctuelles in situ. Le chapitre v est consacre a la simulation et a la modelisation du transport du radon en regime isothermique. Nous traitons le cas special d'un degazage intense. Dans le chapitre vi nous effectuons la modelisation theorique du transport du radon en regime non-isothermique. L'apparition des ondes de choc dans le profil de concentration est traitee dans le chapitre. Le chapitre vii presente quelques resultats de terrain obtenus au costa rica, correles avec la precipitation, qui valident le modele expose dans le chapitre iv. Nous montrons egalement des series temporelles de donnees ou il existe une probable correlation avec la sismicite du pays.

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Cousin, Isabelle. "Reconstruction 3D apr coupes sériées et transport de gaz dans un milieu poreux : application à l'étude d'un sol argilo-limoneux." Orléans, 1996. http://www.theses.fr/1996ORLE2029.

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Les proprietes de transfert dans les milieux poreux tels que les sols sont intimement liees aux caracteristiques geometriques de leur reseau poreux. L'etude de ces proprietes geometriques comporte a la fois un volet morphologique (forme et taille des pores) et un volet topologique (distribution des pores dans l'espace et connectivite a grande distance). Les proprietes de diffusion gazeuse d'un echantillon de sol argilo-limoneux ont ete etudiees experimentalement par self-diffusion de molecules marquees (#8#5kr). La tortuosite mesuree sur cet echantillon est de 2,3 pour une porosite accessible a l'air de 11,3%. Cet echantillon a ensuite ete impregne de resine polyester puis rectifie en coupes seriees espacees de 100 microns. Une superposition des images de ces differentes coupes a permis de fabriquer une representation tridimensionnelle du reseau poreux avec une resolution de 120 microns dans le plan d'une coupe et de 100 microns entre les coupes. Les images des coupes 2d et le milieu 3d reconstruit ont ete caracterisees par des fonctions stereologiques (fonctions de distribution de cordes, fonctions de correlation) et par distribution des amas connectes et percolants. Nous avons montre qu'une image 2d, dont la porosite est proche de celle de la reconstruction 3d possede des distributions de cordes comparables a celles de l'objet 3d. En revanche, la distribution des amas connectes dans le plan d'une coupe 2d et sur la reconstruction 3d sont tres differentes, car la recherche d'amas connectes ne possede pas de proprietes stereologiques evidentes. Cette recherche des amas connectes dans le milieu reconstruit a montre que 87,6% du reseau poreux etudie a cette echelle, soit 17,7% en porosite, est constitue d'un amas percolant. La simulation numerique du propagateur d'autodiffusion dans cet amas percolant donne acces au calcul de la tortuosite du reseau reconstruit. Celle-ci d'une valeur de 1,75 est proche de la valeur experimentale mesuree sur l'echantillon reel. Cette faible difference s'explique par la resolution a laquelle a ete effectuee la reconstruction. Ce travail ouvre ainsi des perspectives sur les problemes de changement d'echelle dans les milieux poreux hierarchises tels que les sols

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Benkhalifa, Mohamed Tai͏̈eb. "Ecoulement visqueux de diffusion binaire dans un pore : application à la détermination du coefficient de diffusion équivalent dans un milieu poreux." Poitiers, 1994. http://www.theses.fr/1994POIT2327.

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Le phenomene de transport de masse constitue par le mecanisme de la diffusion binaire visqueuse de gaz a ete analyse finement au niveau d'un pore microscopique. Le phenomene de recirculation d'air est quantifie numeriquement dans un pore cylindrique en tenant compte de l'influence du fond et des parois. Les forces de viscosite le long des parois freinent la diffusion et l'on montre l'ecart a la solution de reference dite de stefan sans viscosite avec un air stagnant. Les flux d'air qui descendent le long des parois du pore montrent la possibilite d'une oxydation des composes qui impregnent la structure, comme par exemple les tanins du bois. Un fluide, diffusant dans un milieu poreux, passe a travers des capillaires microscopiques et subit deux types de resistances a la diffusion: une resistance reguliere due aux frottements visqueux aux parois de ce capillaire et une resistance singuliere due aux changements de sections. Les resultats numeriques de l'evaluation de ces resistances au niveau du pore sont utilises pour predire le coefficient de diffusion equivalent d'un assemblage de pores reconstituant des milieux poreux periodiques. On constate un bon accord avec des experiences issues de la litterature. L'effet de la viscosite est loin d'etre toujours negligeable pour la diffusion gazeuse en milieu poreux

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Mauran, Sylvain. "Flux de gaz en milieu poreux réactif déformable : relation entre texture, propriétés mécaniques et transferts : incidence sur la mise en oeuvre des réactifs et les performances de pompes à chaleur chimiques solide-gaz." Perpignan, 1990. http://www.theses.fr/1990PERP0097.

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La problematique generale des pompes a chaleur chimiques solide-gaz (pacc) est traitee dans une premiere partie. On y montre comment adapter le procede et selectionner les reactifs selon certains criteres technico-economiques en vue d'une application donnee. L'incidence sur deux criteres primordiaux: densite energetique et puissance, de la mise en uvre du milieu poreux reactif, melange de sel participant a la reaction et d'un liant inerte (graphite expanse) favorisant les transferts, est soulignee. En deuxieme partie sont etudies plus specifiquement les transferts de gaz a travers de tels milieux. Apres avoir fait le point des differentes lois phenomenologiques regissant ces ecoulements et des correlations connues entre les parametres de transfert et la texture et/ou les proprietes mecaniques, tous caracteristiques du milieu, il est montre en quoi la specificite de nos milieux poreux experimentes, a savoir leur tres grande deformabilite, explique les performances elevees obtenues en transfert de chaleur et de masse

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Emonet, Annelise. "Études expérimentale et numérique de la migration d'un polluant organique dans un milieu poreux homogène à saturation variable en eau." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2003. http://www.theses.fr/2003INPL028N.

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Une synthèse bibliographique complétée par une étude numérique réalisée avec SIMUSCOPP a permis de dimensionner et mettre au point un dispositif expérimental dédié à l'étude de la migration d'un polluant organique (Trichloroethylène) et de ses différentes phases dans un milieu poreux homogène variablement saturé en eau. L'élaboration d'une méthodologie analytique, d'un protocole de prélèvement et de conditionnement d'échantillons a permis de suivre spatio-temporellement l'évolution des concentrations en TCE au cours de sa migration. Des réplicats d'expériences ont mis en évidence l'établissement d'équilibre pour les différentes phases du polluant. Bien que les battements du niveau de la zone saturée aient engendré de fortes variations dans les concentrations, des états d'équilibre ont été atteints pour toutes les phases, au bout de quelques heures. La comparaison des résultats expérimentaux et numériques souligne la bonne adéquation entre les phénomènes mesurés et calculés.

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Girard, Coralie. "Modélisation par prise de moyenne volumique des phénomènes de transports en milieu poreux réactif : application au garnissage d’une colonne d’absorption gaz-liquide." Thesis, Pau, 2013. http://www.theses.fr/2013PAUU3010/document.

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Abstract:

Le Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés de Pau travaille en parallèle depuis plusieurs années sur les deux thématiques suivantes, la modélisation des réacteurs multifonctionnels et la modélisation des transports en milieux poreux. Dans ce travail, un modèle général de transports en milieu poreux multiphasique multiconstituant réactif est développé puis appliqué au cas particulier de l’absorption réactive afin de décrire les phénomènes se produisant au sein du garnissage. La modélisation débute par une description classique de chacune des phases continues grâce aux équations de conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de l’énergie. Les phases fluides sont multiconstituantes et le siège de réactions homogènes. Bien qu’à cette échelle les mécanismes soient parfaitement décrits, le passage à la simulation impose une étape d’homogénéisation par prise de moyenne. Ce changement d’échelle conduit à un système d’équations à l’échelle locale. Le modèle est appliqué à l’absorption du dioxyde de carbone dans une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium au sein d’une colonne garnie. Les simulations bidimensionnelles instationnaires fournissent des informations locales sur le procédé. Les résultats obtenus montrent une bonne adéquation avec la connaissance classique des mécanismes d’absorption réactive
The “Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés de Pau” works on the two following subjects, modeling of multifunctional reactor and modeling of transport in porous media. In this work, a general model of transport in multiphase multi component reactive porous media is developed and then applied to the specific case of reactive absorption in order to describe the phenomena which occur within the packing. Modeling begins with a classic description of each continuous phase through the equations of conservation of mass, momentum and energy. The fluid phases are multi component and reactive. Although mechanisms are perfectly described at this scale, the simulation imposes a homogenization by volume averaging. This change of scale leads to a set of equations at the local scale. The model is applied to the absorption of carbon dioxide in an aqueous solution of sodium hydroxide within a packed column. Unsteady two-dimensional simulations provide local information about the process. The results obtained show a good agreement with the classical knowledge of reactive absorption mechanisms

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Royer, Pascale. "Contribution de l'homogénéisation à l'étude de la filtration d'un gaz en milieu déformable à double porosité : application à l'étude du système gaz-charbon." Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015), 1994. http://www.theses.fr/1994GRE10186.

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L'objet de cette etude est de determiner, par la methode des developpements asymptotiques, des modeles mathematiques macroscopiques decrivant l'ecoulement d'un fluide compressible dans un milieu poreux a double porosite. Les limites des modeles classiques sont definies pour le cas particulier d'un milieu a double conductivite et une correction simple, elargissant leur domaine de validite, est proposee. Une adaptation de la methode des developpements asymptotiques pour le cas des milieux a double porosite est ensuite mise au point. Elle s'appuie sur l'existence de trois longueurs caracteristiques introduites par la geometrie du milieu. Alors que les methodes classiques considerent que le fluide est faiblement compressible, cette methode est appliquee ici pour etudier la filtration d'un fluide tres compressible dans un milieu poreux fracture. Le cas d'une matrice rigide, puis celui d'une matrice deformable, sont successivement envisages. Il s'avere que les comportements macroscopiques obtenus dependent des ordres de grandeur relatifs des rapports d'echelles. L'une des descriptions obtenues pour une matrice rigide est fortement non-lineaire et comporte des effets de memoire. L'etude pour une matrice deformable met en evidence la necessite de considerer separement les phenomenes de compressibilite du fluide et de deformabilite de la matrice. En guise d'application, l'etude du systeme gaz-charbon est alors envisagee, dans le but de contribuer a la prevention d'un phenomene dynamique se produisant dans les mines de charbon: le coup de poussier. Une description detaillee des differents processus qui se developpent au sein d'un milieu gaz-charbon, notamment le phenomene de sorption et ses consequences, est presentee et se fonde sur de nombreux resultats experimentaux. Enfin, en se basant sur l'etude theorique precedente, un modele de filtration avec adsorption d'un gaz dans un milieu poreux fracture rigide est propose

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Zhang, Xiang. "Numerical simulation of gas migration properties in highly impermeable materials." Thesis, Lille 1, 2016. http://www.theses.fr/2016LIL10099/document.

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Abstract:

L'étude de la faisabilité du stockage des déchets radioactifs à long terme pour les argilites du Callovo Oxfordien (COx) a été réalisée en tenant compte des différents scénarios d'endommagement et de rupture. Cette thèse porte sur l'étude numérique des propriétés de transfert de gaz (principalement produit par la corrosion des parties métalliques) à travers cette formation peu perméable. Les méthodes traditionnelles, basées sur les approches macroscopiques où les propriétés de transpert sont considérées comme homogènes, ne sont plus adaptées à l'étude des chemins préférentiels de transfert. Dans cette étude, des modèles morphologiques de l'espace poreux à l'échelle microscopique sont construits par l'union des excursions de champ aléatoire en utilisant les distributions des tailles de pore mesurées expérimentalement. Ensuite, des opérations morpho-mathématiques sont utilisées pour le filtrage et l'analyse d'image afin d'extraire les chemins préférentielles de transpert et de prédire la pression d'entrée de gaz, la pression de percée de gaz et le processus d'imbibition
The feasibility study of long-term radioactive waste storage in COx argillite has been performed by considering various damage and failure scenarios. This study aims at the numerical investigation of gas (mainly produced by corrosion of metallic parts) migration properties through the low-permeable formation. Traditional methods, based on macroscopic approaches or homogeneous transport properties, are inappropriate to analyze this issue at the meso/microscopic scale. In this study, accurate porous space morphologies are constructed through union of excursions of Random Fields considering different experimental pore size distribution curves. Afterwards, morpho-mathematical operations are implemented for image filtering and analysis for the purpose of extraction of preferential gas transport pathways and prediction of gas entry pressure, gas breakthrough pressure and the following imbibition process

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Postic, Marie. "Auto-organisation de matériaux multi-échelles par séchage : des mécanismes de retrait des ménisques dans un milieu poreux modèle à la cristallisation de nanoparticules." Rennes 1, 2012. http://www.theses.fr/2012REN1S127.

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Abstract:

L'organisation des matériaux sur plusieurs échelles de longueur peut leur donner des propriétés physiques spécifiques intéressantes pour l'optique, ou la biodétection par exemple. Il est en particulier possible d'atteindre une organisation hiérarchique de nanoparticules par évaporation d'une suspension colloïdale sur une surface texturée. Cette thèse porte sur l'auto-organisation de matériaux multi–échelles par séchage d'une solution en milieu poreux modèle formé entre un substrat et une surface décorée d'un réseau de plots micrométriques. Nous avons étudié les mécanismes de recul d'un ménisque conduisant à la formation de films durant l'évaporation d'une solution de tensioactifs dans ce milieu. Nous avons de plus pu établir un modèle numérique rendant compte des évolutions temporelles des paramètres macroscopiques de la goutte tels que son aire, son périmètre ou la morphologie des films formés. Nous avons ensuite effectué des expériences de séchage en milieu poreux modèle de suspensions de quantum dots fonctionnalisés par des molécules amphiphiles et nous avons caractérisé les matériaux obtenus par diffraction des rayons X aux petits angles et par différentes techniques de microscopie. Nous avons enfin pu généraliser cette technique d'auto-organisation multi-échelle à des nanobâtonnets métalliques ou semiconducteurs
The multi-scale organization of materials can give them specific physical properties making them interesting devices for applications in many fields that include optics and bio-detection. It is possible to achieve a hierarchical organization of nanoparticles via the evaporation of a colloidal suspension on a micro-textured surface. This work focuses on the self-organization of multi-scale materials through the drying of complex fluids in a porous medium consisting of an assembly of regularly arranged micron-sized pillars. More specifically, we have studied experimentally the physical mechanisms behind the retraction of menisci that occurs during the drying of a solution of surfactants and leads to the formation of dried-liquid films between pillars. In addition, we have developed a simple model based on experimental observations that allows us to predict the evolution of most of the macroscopic features of the drying drop, that is, its area, its perimeter, and the morphology of the obtained films. Then, we studied the drying of suspensions containing quantum dots functionalized with amphiphilic molecules and we characterized the resulting material using several techniques, including small angle X-ray diffraction and optical microscopy. We conclude with a generalization of this technique to the drying of suspensions containing other particles such as gold nanorods and semiconducting nanorods

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Philit, Sven. "Elaboration d'un modèle structural, pétrophysique et mécanique des failles en milieu gréseux poreux : implication pour la migration et le piégeage des fluides." Thesis, Montpellier, 2017. http://www.theses.fr/2017MONTT090/document.

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Abstract:

La cataclase est un processus de déformation efficace en termes de réduction de porosité et de perméabilité dans les grès poreux, constituant des aquifères et réservoirs d’hydrocarbures classiques. Un enjeu majeur concernant la déformation dans les grès consiste à identifier les processus contrôlant l’évolution des structures cataclastiques et reconnaitre les paramètres influençant l’expression de la déformation à l’échelle microscopique et à l’échelle du bassin.Dans cette étude, nous nous concentrons sur l’analyse structurale des amas (« clusters ») de bande de déformation cataclastiques afin de considérer une déformation suffisamment localisée représentant un potentiel rôle de barrière sur les fluides. Nous choisissons sept sites d’étude présentant des clusters formés en tectonique extensive et contractive, dans différent régimes Andersoniens, à différentes profondeurs d’enfouissement, et dans des grès aux lithologies variées. Nous utilisons une approche analytique afin d’estimer l’évolution de l’état de contrainte des grès jusqu’à la déformation. L’utilisation de modèles numériques permet d’analyser l’influence de certains paramètres physiques sur la structuration de la déformation.Nous montrons que la position de l’enveloppe de rupture du grès (dépendant de sa lithologie) semble déterminer la morphologie de la déformation. D’autre part, les clusters formés en régimes Andersoniens normal, décrochant et inverse semblent respectivement couramment se former sur la même partie de l’enveloppe.Les clusters formés en régime normal montrent des épaisseurs fines à moyennes, des densités de bande importantes et forment, avec d’autres clusters, des réseaux d’échelle kilométrique souvent localisés à proximité d’une faille majeure. Ils représentent une barrière potentielle pour les fluides. Les clusters formés en régime décrochant ont des épaisseurs et des densités de band moyennes. Parce qu’ils semblent éparses, ces clusters ne forment probablement aucun frein pour les fluides. Les clusters formés en régime inverse ont des épaisseurs et des densités de bande moyennes si la rupture est atteinte sur la partie fragile de l’enveloppe. Ils semblent potentiellement plus épais avec des densités de bands faibles voire deviennent de simples réseaux de bandes distribuées si l’enveloppe de rupture est atteinte sur sa partie ductile. Parce qu’ils sont courts et éparses, ces clusters ne représentent pas de frein pour les fluides.Nous relions le développement des clusters et leur morphologie à l’agencement microscopique des clasts dans le matériel déformé. La faible compaction du matériel déformé des clusters créés en régimes normal et décrochant semble être à l’origine de l’étroite localisation des bandes à cause de la présence de plans de faiblesse dans le matériel déformé. Pour le même degré de déformation, la compaction plus élevée du matériel en régime inverse favoriserait la distribution des bandes.Le passage à la faille tel qu’observé dans les clusters en régime normal est permis par la présence entre les grès de niveaux incluant des minéraux fragiles. Ces niveaux permettent l’initiation et la propagation d’une surface de glissement majeure dans les grès adjacents. L’initiation d’une faille est aussi favorisée lorsque des grès poreux sont juxtaposés contre une lithologie indurée.Notre étude montre que la cimentation de quartz des parties les plus déformées des clusters est fréquente, même dans le cas de clusters ayant été enfouis à des profondeurs inférieures à 800 m. Cette cimentation est catalysée par l’intense degré de cataclase, semble être précipitée par « self-healing » et altère les propriétés pétrophysiques des clusters
Deformation through cataclasis, which corresponds to grain crushing, is an effective process of porosity and permeability reduction in porous sandstones, classical aquifers and hydrocarbon reservoirs at depth. A major stake concerning the deformation in sandstone is to understand what processes govern the growth of the cataclastic structures and to recognize what parameters influence the expression of the deformation at microscopic scale and at basin scale.In this study, we focus on the analysis of cataclastic deformation band clusters in order to consider a significantly concentrated deformation regarding the potential of fluid flow baffling. We select seven study sites presenting clusters formed in extensional and contractional tectonics, under different Andersonian regimes, at various burial depths and in sandstones of varying lithologies. To complement the structural analysis, we use an analytical approach to estimate the stress-state evolution of the sandstones leading to deformation. Numerical modeling allows the analysis of the influence of physical parameters on the structuring of the deformation.We show that the position of failure along the failure envelope of the sandstone (which depends on its lithology) seems to determine the morphology of deformation. On the other hand, normal, strike-slip and thrust Andersonian regime clusters respectively seem to form frequently on the same part of the envelope.Normal regime clusters (favorably formed in extensional tectonics) have thin to medium thickness, with high band density and form, with other clusters, networks of km-scale length - often localized near a major fault. They are likely to baffle fluid flow. Strike-slip regime clusters (favorably formed in contractional tectonics) have medium thickness with medium band densities. Due to their sparseness, they seem unlikely to form a baffle for fluids. Thrust regime clusters (favorably formed in contractional tectonics) have medium thickness and medium band density if failure is attained on the brittle part of the envelope. They seem potentially thicker, with low band density and tend to form arrays of deformation bands if failure is attained on the cap of the envelope. Because they are short and sparse, they do not represent an effective baffle for fluid flow.We relate the process of cluster growth and their resulting morphology to the microscopic arrangement of the clasts in the deformed material. The minor compaction in the deformed material of normal and strike-slip regime clusters seems to be at the origin of the dense localization of the bands through the presence of weaker planes in the deformed material. For the same degree of deformation, the more compacted material in thrust regime clusters would favor the distribution of the bands.Faulting of normal regime clusters is enhanced by the presence of layers including weak minerals between the sandstones. These weak layers are responsible for the initiation and propagation of major slip-surfaces in the adjacent sandstone from small displacements. The initiation of major slip-surfaces is also favored when porous sandstone is juxtaposed with a hard lithology.We find that the quartz cementation of the most deformed parts of the clusters is common, even in clusters that were never buried below 800 m. This cementation is promoted by an intense degree of cataclasis, seems to form by “self-healing”, and may reduce the petrophysical properties of clusters

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KABDI, ZACHARIA. "Solutions analytique et numerique des equations de transfert de chaleur en milieu poreux. Applications au stockage de la chaleur et au chauffage des gaz." Nice, 1993. http://www.theses.fr/1993NICE4606.

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Abstract:

L'auteur developpe une methode analytique de resolution des equations de transfert de chaleur en milieu poreux. Il fait une application au stockage de la chaleur et au chauffage des gaz. La solution analytique developpee permet de determiner la distribution des temperatures dans le solide et dans le fluide a travers le milieu poreux, en fonction du temps et de la position. Des algorithmes de calculs permettent de simuler le comportement des deux problemes physiques consideres, par la methode analytique proposee et par la methode purement numerique. Les resultats analytiques sont en bon accord avec les resultats numeriques

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Perraton, Daniel. "La perméabilité aux gaz des bétons hydrauliques." Toulouse, INSA, 1992. http://www.theses.fr/1992ISAT0044.

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Abstract:

Une partie de la these est consacree a l'expose de la theorie permettant de decrire l'ecoulement des gaz a travers un milieu poreux. Les principes de fonctionnement d'un permeametre et d'un debitmetre developpes pour les essais de laboratoire sont evoques. Nous avons cherche a montrer qu'il est possible d'elaborer un modele semi-empirique sur la base du concept de carman, reliant certains parametres de composition du beton a sa permeabilite intrinseque. Les travaux pratiques se rapportent a deux aspects: 1) l'etude des conditions metrologiques; 2) l'etude de certains parametres de composition. Le mode de preconditionnement influence considerablement la permeabilite aux gaz du beton: en controlant la perte d'eau dans les premiers jours de sechage, on reduit la permeabilite des eprouvettes. Les effets d'un preconditionnement en laboratoire varient avec la taille de l'eprouvette. Un trempage des eprouvettes dans de l'acetone permet de minimiser la fissuration superficielle. La permeabilite du beton varie en fonction de sa mise en uvre: l'unite de malaxage s'avere un element critique. Le type de granulat est l'un des parametres de composition les plus significatifs en regard a la permeabilite aux gaz. La substitution d'une fraction du sable par un filler de marbre peut servir a minimiser la permeabilite aux gaz du beton

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Fauré, Marie-Hélène. "Migration de particules et solutés en milieu poreux : modélisation du transport simultané de particules argileuses et de radionucléides sous l'effet d'un gradient de salinité." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1994. http://www.theses.fr/1994INPL046N.

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La compréhension des mécanismes qui contrôlent le transport de particules et de radionucléides dans les milieux poreux naturels ou artificiels est un élément clé dans l'évaluation de la sureté des sites de stockage de déchets radioactifs. Une étude expérimentale a été entreprise afin de caractériser la mobilité des particules argileuses d'un milieu non consolidé sable-bentonite 5% placé dans une colonne de laboratoire au contact d'une solution saline percolante. Une méthode originale de chromatographie de gradient de salinité a permis de mettre en évidence et de quantifier des comportements types: existence de seuils de déstabilisation des particules, apparition de chemins préférentiels, formation de zones stagnantes qui échangent avec l'eau en écoulement. L’approche modélisatrice a consisté à prendre en compte une loi de distribution des particules entre la surface du milieu poreux et la phase aqueuse au contact du solide, fonction de la concentration de chlorure de sodium. Cette fonction de distribution couplée d'une part avec un modèle d'adsorption des radionucléides et d'autre part avec un modèle de transport type convectif dispersif avec zones stagnantes, a permis de simuler le transport de solutés et de particules lors d'une modification des conditions de l'environnement salin. Le modèle a été validé sur des expériences d'injections transitoires de césium, calcium, neptunium, dans un gradient de chlorure de sodium

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Harmand, Béatrice. "Contribution a la compréhension des processus de transport de colloïdes en milieu naturel poreux ou fracturé : application à la rétention de particules de latex dans un sable." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1996. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/INPL_T_1996_HARMAND_B.pdf.

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Dans le cadre de la problématique du stockage des déchets radioactifs, une approche du transport de radioéléments par des particules colloïdales à l'aide d'un modèle linéaire a permis de souligner l'effet d'accélération des colloïdes sur la migration des radio polluants dans la géosphère. L’influence des paramètres physico-chimiques (force ionique, pH, charge de surface), géométriques (diamètre de particules, longueur du milieu poreux) et de l'hydrodynamique (vitesse d'écoulement entre 0,8 et 50 m/j) sur le transport des colloïdes a été étudiée dans un système modèle particules de latex (de 0,11 à 0,79 micromètre) - sable quartzeux (dmoyen = 125 micromètre). Il est montré que les courbes de percée des particules sont bien représentées par un modèle à deux sites de capture. Le processus de capture vers chaque site est caractérisé par un temps de transfert optimisé sur les courbes expérimentales, la fraction de site étant fonction de l'accumulation de particules en surface du milieu poreux

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Riviere, Eric. "Sur la migration des composés hydrocarbones dans des mélanges complexes (huiles naturelles) par diffusion thermogravitationnelle en milieu poreux : étude expérimentale et état des modélisations." Toulouse 3, 1991. http://www.theses.fr/1991TOU30213.

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Dans la recherche des diverses causes possibles d'evolution des huiles naturelles au sein des roches reservoir, il ne faut pas negliger le role joue par le gradient geothermique, et donc par les phenomenes de thermodiffusion (particulierement la diffusion thermogravitationnelle en milieu poreux, dtg). La phenomenologie de la dtg ainsi que la plupart des experimentations realisees a ce jour concernent des melanges binaires ou des solutions d'une seule espece; c'est pourquoi, dans ce travail, on developpe l'etude des modifications de composition induites par la diffusion thermogravitationnelle au sein des fluides complexes, en prenant exemple des huiles naturelles (huiles d'alwyn et d'oseberg, gisements de mer du nord). On montre tout d'abord les modifications du spectre global de repartition des composants de ces huiles, puis on specifie les migrations selectives parmi les hydrocarbures les plus legers. Par une methode adaptee, on a, de plus calcule les coefficients de soret moyens pour chaque ensemble d'isomeres constituant la phase legere de l'huile d'oseberg. De plus, des experiences specifiques sur des melanges ternaires ou quaternaires d'isomeres du xylene ont ete realisees pour essayer de systematiser le role moteur pouvant decouler de la structure moleculaire. Enfin, on a controle l'adequation de modeles mathematiques connus (modele analytique et modele numerique metsor) a la prediction des evolutions de composition des fluides complexes soumis a une dtg; dans ce cadre on a confronte les resultats experimentaux a ceux qui decoulent de l'application de chacun des modeles au melange n-hexane-huile

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Dissertations / Theses on the topic 'Migration de gaz en milieu poreux'

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