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Thèse N.MANSOURI

27 juin 2016

Modélisation multidimensionnelle des pressions et teneurs en eau dans le sol et le sous sol : effets capillaires et gravitaires en présence d’hétérogénéités et de fluctuations.

Soutenance de thèse Nahla MANSOURI

Lundi 11 juillet à 10 h 00

Amphithéâtre Nougaro

Sous réserve d’autorisation de soutenance par les rapporteurs

Résumé :

Cette recherche doctorale porte sur la modélisation 3D de la dynamique des teneurs en eau dans le sol et le sous-sol lorsque les écoulements sont à saturation variable. La modélisation est basée sur une version généralisée de la loi de Darcy- Buckingham et de l’équation de Richards multidimensionnelle. Les recherches présentées dans cette thèse concernent différents volets, présentés ci-dessous, dont le fil conducteur est l’analyse de phénomènes d’écoulements en milieux poreux, contenant de fortes hétérogénéités et/ou perturbés par des fluctuations temporelles. Dans le cadre d’un partenariat de recherche entre l’IMFT et l’IRSN sur la problématique du stockage souterrain de déchets radioactifs, nous avons modélisé en 3D la dynamique du front de désaturation d’une couche argileuse autour d’une galerie souterraine ventilée, à l’aide du code volumes finis BIG- FLOW 3D. Ce travail a permis de mettre au point une approche d’immersion pour la modélisation des écoulements en milieux composites. Un autre volet de cette thèse concerne une étude analytique et numérique des profils verticaux de succion et de teneur en eau lors d’une infiltration verticale, non-saturante, dans un sol hétérogène finement stratifié.
Des solutions analytiques exactes et approchées sont obtenues en régime permanent, à l’aide de transformations de variables, et sont comparées avec des solutions numériques pour différents degrés d’hétérogénéité. De même, les phénomènes de « barrière capillaire » sont étudiés analytiquement et par expérimentations numériques transitoires d’infiltration sur des systèmes bicouches, en présence d’une nappe plus ou moins profonde. D’autre part, les écoulements non-saturés sont étudiés, cette fois, en présence d’un forçage transitoire fortement oscillatoire, dans une colonne de sable fin homogène, sous l’effet de fluctuations périodiques du niveau de la surface libre. Une méthode multi-front mise au point lors d’une thèse précédente à l’IMFT est validée numériquement en montrant que cette méthode simule efficacement la dynamique oscillatoire des flux et des profils de pression avec un nombre limité de « fronts ». De plus, nous avons analysé la phénoménologie capillaire/gravitaire des écoulements oscillatoires dans la colonne grâce à un suivi dynamique du plan de flux nul. Enfin, nous présentons, comme extension aux travaux précédents, une étude préliminaire des phénomènes 3D d’infiltration et de redistribution d’eau, notamment lorsque l’hétérogénéité du sol est de type aléatoire. Les premiers essais d’infiltration permettent de tester, en réplique unique, des méthodes de prises de moyennes spatiales des champs de succion et teneur en eau et évaluer la taille minimum du domaine de calcul 3D permettant d’obtenir des profils verticaux moyens représentatifs de l’infiltration dans une réplique unique du sol aléatoire.

Mots-Clés. Hydrologie des sols ; sous-sol ; hydrogéologie ; infiltration ; écoulements non saturés ; sols stratifiés et multicouches ; cavités souterraines ; stockage souterrain de déchets radioactifs ; modélisation numérique ; teneurs en eau ; succion ; effets capillaires et gravitaires ; Darcy ; Richards ; fluctuations tidales et
hydrométéorologiques.

M. AMVROSSIOS BAGTZOGLOU - Professeur Univ. du Connecticut - Rapporteur

M. SEKHAR MUDDU - Professeur Indian Institute of science - Rapporteur

M. KHEMAIES ZAYANI - Pr Univ. de Carthage - Rapporteur

M. RACHID ABABOU - Pr INP Toulouse - Directeur de thèse

Mme RACHIDA BOUHLILA - Pr Ecole Nationale d’ingénieur de Tunis - Membre

M. ABDERRAHIM JARDANI - Maître de Conférence Univ. de Rouen - Membre

M. PRAT - Directeur de Recherche CNRS - Membre invité