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Modeling coupled thermohaline flow and reactive solute transport in discretely-fractured porous media

by Graf, Thomas

Abstract (Summary)
Un modèle numérique tridimensionnel a été développé pour la simulation du système

chimique quartz-eau couplé avec l’écoulement à densité et viscosité variable dans les

milieux poreux discrètement fracturés. Le nouveau modèle simule aussi le transfert

de chaleur dans les milieux poreux fracturés en supposant que l’expansion thermique

du milieu est négligeable. Les propriétés du fluide, densité et viscosité, ainsi que les

constantes chimiques (constant de taux de dissolution, constant d’équilibre, coefficient

d’activité) sont calculées en fonction de la concentration des ions majeurs et de la

température. Des paramètres de réaction et d’écoulement, comme la surface spécifique

du minéral et la perméabilité sont mis jour à la fin de chaque pas de temps avec des

taux de réaction explicitement calculés. Le modèle suppose que des changements de

la porosite et des ouvertures de fractures n’ont pas d’impact sur l’emmagasinement

spécifique. Des pas de temps adaptatifs sont utilisés pour accélérer et ralentir la simulation

afin d’empêcher des résultats non physiques. Les nouveaux incréments de temps

dépendent des changements maximum de la porosité et/ou de l’ouverture de fracture.

Des taux de réaction au niveau temporel L+1 (schéma de pondération temporelle implicite)

sont utilisés pour renouveler tous les paramètres du modèle afin de garantir la

stabilité numérique. Le modèle a été vérifié avec des problèmes analytiques, numériques

et physiques de l’écoulement à densité variable, transport réactif et transfert de chaleur

dans les milieux poreux fracturés. La complexité de la formulation du modèle permet

d’étudier des réactions chimiques et l’écoulement à densité variable d’une façon plus

réaliste qu’auparavant possible.

En premier lieu, cette étude adresse le phénomène de l’écoulement et du transport

à densité variable dans les milieux poreux fracturés avec une seule fracture à inclinaison

arbitraire. Une formulation mathématique générale du terme de flottabilité est dérivée

qui tient compte de l’écoulement et du transport à densité variable dans des fractures

de toute orientation. Des simulations de l’écoulement et du transport à densité variable

dans une seule fracture implanté dans une matrice poreuse ont été effectuées. Les

simulations montrent que l’écoulement à densité variable dans une fracture cause la

convection dans la matrice poreuse et que la fracture à perméabilité élevée agit comme

barrière pour la convection.

Le nouveau modèle a été appliqué afin de simuler des exemples, comme le mouvement

horizontal d’un panache de fluide chaud dans un milieu fracturé chimiquement

réactif. Le transport thermohalin (double-diffusif) influence non seulement l’écoulement

à densité variable mais aussi les réactions chimiques. L’écoulement à convection libre

dépend du contraste de densité entre le fluide (panache chaud ou de l’eau salée froide)

et le fluide de référence. Dans l’exemple, des contrastes de densité sont généralement

faibles et des fractures n’agissent pas comme des chemins préférés mais contribuent à

la dispersion transverse du panache. Des zones chaudes correspondent aux régions de

dissolution de quartz tandis que dans les zones froides, la silice mobile précipite. La concentration

de silice est inversement proportionnelle à la salinité dans les régions à salinité

élevée et directement proportionnelle à la température dans les régions à salinité faible.

Le système est le plus sensible aux inexactitudes de température. Ceci est parce que la

température influence non seulement la cinétique de dissolution (équation d’Arrhenius),

mais aussi la solubilité de quartz. Inscrit au Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures

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Bibliographical Information:

Advisor:Therrien, René

School:Université Laval

School Location:Canada - Quebec / Québec

Source Type:Master's Thesis

Keywords:géologie et minéralogie

ISBN:

Date of Publication:12/01/2005

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