Conf’luence Cyprien Soulaine
Institut des Sciences de la Terre d’Orléans – Chercheur CNRS
Approches micro-continues pour la micro fluidique numérique pour les géosciences
Jeudi 1er Juin à 10 h 30- Amphithéâtre Nougaro
Loin d’une vision figée, le sol et le sous-sol regorgent d’activités : des fluides de natures multiples s’y écoulent, des réactions chimiques façonnent les minéraux et modifient la composition de l’eau, quand des microorganismes l’utilisent comme habitat et contribuent à recycler la matière organique en la biodégradant. Une connaissance précise des processus impliqués et de leurs interactions mutuelles est nécessaire pour estimer les conséquences sur le long terme de l’anthropocène. En effet, l’exploitation du sous-sol à des fins énergétiques – comme la géothermie profonde, la production d’hydrogène ou l’extraction de métaux rares – ou de stockage – stockage des déchets nucléaires dans les formations argileuses, stockage du dioxyde de carbone dans les aquifères salins profonds ou encore stockage d’hydrogène dans les cavités profondes – modifie durablement les conditions d’équilibre de ces environnements, avec des conséquences possibles sur la qualité des eaux souterraines qui représentent une part importante de la ressource en eau douce nécessaire à l’humanité. Bien que les volumes et les échelles de temps considérés dans le déplacement de fluides souterrains sont colossaux, les processus physico-chimiques existent à l’échelle des pores, i.e. au micromètre. Les matériaux poreux ont comme particularité la mise en réseau d’un très grand nombre de pores qui rentrent en compétition les uns avec les autres. Dans un réseau de pores, tous les pores ont des géométries et des tailles différentes et tous ne sont pas impactés de la même manière. Cette hétérogénéité de la taille des pores entraîne des phénomènes parfois hautement non linéaires et complexes à appréhender.Dans cette présentation, je présenterai les approches micro-continues pour résoudre les physiques couplés à l’échelle du pore. Cette technique est bien adaptée pour simuler l’écoulement et le transport sur des images microtomographiques qui contiennent une porosité sous-voxel ainsi que pour déplacer les frontières fluide/solide en présence de processus géochimiques tels que la dissolution ou la précipitation. Je discuterai les rétroactions non- linéaires due à l’évolution de la structure porale lors de ces réactions et la validation de nos modèles numériques en comparant à des expériences microfluidiques. Je présenterai enfin nos travaux les plus récents qui étendent l’approche du micro-continuum à l’écoulement multiphasique.
