Improvement of the numerical capacities of simulation tools for reactive transport modeling in porous media

Résumé : La modélisation du transport réactif dans les milieux poreux implique la simulation de plusieurs processus physico-chimiques : écoulement de phases fluides, transport de chaleur, réactions chimiques entre espèces en phases identiques ou différentes. La résolution du système d'équations qui décrit le problème peut être obtenue par une approche soit totalement couplée soit découplée. Les approches découplées simplifient le système d'équations en décomposant le problème sous-parties plus faciles à gérer. Chacune de ces sous-parties peut être résolue avec des techniques d'intégration appropriées. Les techniques de découplage peuvent être non‑itératives (operator splitting methods) ou itératives (fixed‑point iteration), chacunes ayant des avantages et des inconvénients. Les approches non‑iteratives génèrent une erreur associée à la séparation des sous­-parties couplées, et les approaches itératives peuvent présenter des problèmes de convergence. Dans cette thèse, nous développons un code sous licence libre en langage MATLAB (https://github.com/TReacLab/TReacLab) dédie à la modélisation du la problématique de la carbonatation atmosphérique du béton, dans le cadre du stockage de déchets de moyenne activité et longue vie en couche géologique profonde. Le code propose un ensemble d'approche découplée : classique, comme les approches de fractionnement séquentiel, alternatif ou Strang, et moins classique, comme les approches de fractionnement additif ou par répartition symétrique. En outre, deux approches itératives basées sur une formulation spécifique (SIA CC et SIA TC) ont également été implémentées. Le code été interfacé de manière générique avec différents solveurs de transport (COMSOL, pdepe MATLAB, FVTool, FD scripts) et géochimiques (iPhreeqc, PhreeqcRM). Afin de valider l'implémentations des différentes approches, plusieurs bancs d'essais classiques dans le domaine du transport réactif ont été utilises avec succès. L'erreur associée à la combinaison du fractionnement de l'opérateur et des techniques numériques étant complexe à évaluer, nous explorons les outils mathématiques existants permettant de l'estimer. Enfin, nous structurons le problème de la carbonatation atmosphérique et présentons des simulations préliminaires, en détaillant les problèmes pertinents et les étapes futures à suivre.
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Thèse
Earth Sciences. Université Rennes 1, 2017. English. 〈NNT : 2017REN1S036〉
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Soumis le : mardi 12 décembre 2017 - 01:00:46
Dernière modification le : mardi 29 mai 2018 - 12:50:56

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Daniel Jara Heredia. Improvement of the numerical capacities of simulation tools for reactive transport modeling in porous media. Earth Sciences. Université Rennes 1, 2017. English. 〈NNT : 2017REN1S036〉. 〈tel-01661536〉

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