Étude des mécanismes de transport et la cinétique de dépôt des particules en suspension dans un milieu poreux saturé

Transport and deposition rate of suspended particles in a saturated porous medium

• Auteur / Autrice : Nasre-dine Ahfir
• Direction : Hua-Qing Wang
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Le Havre

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résonance

Composites

Anisotropie

Ondes -- Propagation

Problèmes inverses

Ultrasons

Mots clés libres

Particules en suspension

Matières en suspension

Dispersion

Effet d'échelle

Cinétique de dépôt

Exclusion de taille

Taille des particules

Porosité cinématique

Résumé

Les travaux de recherche abordés dans cette thèse concernent l'étude expérimentale du transport et dépôt des particules en suspension dans un milieu poreux saturé. Les particules en suspension sont impliquées dans de nombreuses problématiques liées aux ouvrages hydrauliques en terre, à l'exploitation des ressources naturelles des sous-sols telles que l'alimentation en eau potable et la production pétrolière. En raison de leur célérité de transport dans les eaux, les particules en suspension peuvent être des vecteurs de pollution ou des freins par leur dépôt. Deux types de particules en suspension ont été sélectionnés pour cette étude : des particules naturelles (limon) et des particules synthétiques (polyamide) caractérisées par une densité proche de celle de l'eau. Des injections brèves du mélange particules en suspension et traceur dissous conservatif (fluorescéine) ont été réalisées sur des colonnes de laboratoire, de longueurs variables, remplies de gravier ou de billes de verre. L'interprétation des résultats de traçages en utilisant l'équation de convection-dispersion avec une cinétique de dépôt de premier ordre (site irréversible), nous a permis de déterminer les différents paramètres hydrodispersifs. La vitesse d'écoulement, la structure interne, la longueur du milieu poreux (effet d'échelle), la taille et la densité des particules en suspension sont les paramètres qui influent sur le transport et dépôt des particules. L'effet d'exclusion de taille où le transport rapide des particules en suspension par rapport au traceur conservatif est mis en évidence. La dispersion des traceurs augmente avec la vitesse moyenne de pore et est décrite par une relation non linéaire. La dispersivité augmente avec la longueur de la colonne. Le taux de restitution des particules en suspension dépend de la nature du milieu poreux, de la vitesse découlement, de la taille et de la densité des particules en suspension. Le coefficient cinétique de dépôt varie avec la vitesse d'écoulement. Il augmente jusqu'à une certaine valeur critique de la vitesse puis diminue. Cette vitesse critique dépend de la longueur du milieu poreux et de la densité des particules en suspension. Les effets géométriques et hydrodynamiques influencent le comportement de transport et dépôt des particules en suspension.

The present work is devoted to the experimental study of the transport and deposition of suspended particles in saturated porous media. Suspended particles are involved in various problems related to the hydraulics works, the exploitation of the natural resources such as water supply and oil production. Owing to their fast transport in subsurface water, suspended particles serve as carrier for contaminants or clog the porous medium by their deposition. Two types of suspended particles were used in this study: natural particles (silt) and artificial particles characterised by a density closer to that of water (polyamide). Mixtures of suspended particles/dissolved conservative tracer (fluorescein) pulse injections were performed in laboratory columns in-filled with gravel or glass beads. The breakthrough curves were well described by the analytical solution of the advection–dispersion equation with a first-order deposition rate and then the hydro-dispersive parameters were deduced. The flow rate, the internal structure and the length of the porous media (scale effect), the size and the density of the suspended particles are among the studied factors. The size exclusion effect was highlighted. The longitudinal dispersion increases with the mean pore velocity and is described with a nonlinear relationship. Also, dispersivity increases with the column length. The recovery rate of the suspended particles is higher in the glass beads medium, even if its porosity is lower than that of gravel medium; and depends on the flow rate, the suspended particles size and density. The deposition rate showed an unexpected behaviour; it increases with the flow rate until a critical velocity then decreases. This critical velocity changes with the porous media length and the suspended particles density. Geometrical and hydrodynamic effects influence the transport and the deposition behaviour of the suspended particles.