Influence of spatial variability on reactive transport
Influence de la variabilité spatiale sur le transport réactif
Résumé
The study aims at quantifying the effects of spatial variability of a porous medium on the evolution of a geochemical system. Mineral dissolution or precipitation reactions can modify the pore structure of the medium, hence a modification of the hydrodynamic properties, notably permeability. Is it possible then that the initial spatial variability can lead to the formation of fingering? The first part of the document deals with upscaling, from a fine geostatistical grid to a coarse reactive transport grid. For the code HYTEC, based on Voronoi polygons, several methods of equivalent permeability are compared, following several criterion. The second part presents reactive transport results on a family of geostatistical simulations of the medium. The influence of spatial variability is quantified using adequate "observables". two disctinct reactions were studied: dissolution, and more rapidly dissolution/precipitation leading to a smoothing of the system.
La thèse vise à quantifier les effets de la variabilité spatiale d'un milieux poreux sur l'évolution d'un système géochimique. Les réactions de dissolution ou de précipitation des minéraux modifient la structure microscopique du milieu, et par suite les caractéristiques hydrodynamiques du système, notamment la perméabilité. La variabilité spatiale du milieu initial peut-elle alors être à l'origine de la formation de digitations ou de chenaux ? La première partie traite du changement d'échelle, pour le passage d'une simulation géostatistique sur grille fine au calcul de transport sur un maillage plus grossier. Dans le cas du code Hytec, qui utilise un schéma aux volumes finis fondé sur une discrétisation en polygones de Voronoï, plusieurs méthodes de calcul de la perméabilité équivalente sont comparées, suivant différents critères. La deuxième partie aborde les calculs de transport réactif sur une famille de simulations géostatistiques du milieu. L'influence de la variabilité spatiale initiale sur l'évolution des systèmes est quantifiée à l'aide d'observables adaptées. Deux réactions distinctes sont étudiées, un cas de dissolution, de façon approfondie, et, plus rapidement, un cas de précipitation tendant au rééquilibrage du système.