Mécanique et transport dans les milieux poreux déformables : prise en compte des corrélations ion-ion et application aux argiles smectiques

Mechanics and transport in deformable porous media : incorporating ion-ion correlations and applying to smectic clays

• Auteur / Autrice : Tien Dung Le
• Direction : Christian Moyne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et énergétique
• Date : Soutenance le 02/10/2013
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Energies et Mécanique Théorique et Appliquée
• Jury : Président / Présidente : Jean-Louis Auriault
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marcio-Arab Murad
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Djimedo Kondo, Virginie Marry
• DOI : 10.70675/27ac44f5z07efz4354z8368z5c71e6904eea

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interactions ion-ion

Smectites

Argile

Rhéologie

Mécanique statistique

Mots clés libres

Mécanique statistique

Argile gonflante

Homogénéisation

Milieu poreux

Pression de disjonction

Corrélation des ions

Statistical mechanics

Swelling clay

Homogenization

Porous media

Disjoining pressure

Ion correlation

Résumé

Dans le cadre de cette thèse, il s'agit d'étudier les effets électro-chimio-mécaniques à la nanoéchelle d'un système des argiles smectites saturés d'eau et des ions compensateurs à l'aide de la théorie de mécanique statistique. Des modèles plus complexes que celui de Poisson-Boltzmann comme DFT/MSA, HNC sont étudiés en prenant en compte des effets de corrélation entre des ions de taille finie ayant pour objectif de calculer la distribution des ions aux nanopores. D'autre part, en cherchant à comprendre la physique du système, nous avons résolu également le problème mécanique à cette échelle en introduisant les tenseurs des contraintes du fluide satisfaisant obligatoirement l'équilibre mécanique. Une fois les problèmes à la plus petite échelle sont dévoilés, une méthode d'homogénéisation périodique de type multi-échelles est utilisée pour passer aux échelles supérieures dans le but d'obtenir les lois constitutives macroscopiques des propriétés physiques comme la pression de gonflement, le transport, à partir des équations aux petites échelles. Dans ce contexte, les modèles à deux échelles et à trois échelles sont proposés pour atteindre les échelles microscopique ou macroscopique à partir des nanopores. En fin, le modèle de trois échelles (modèle de double porosité) est appliqué à la simulation d'une barrière argileuse avec un échange d'ions

In this work, we study electro-chemo-mechanical effects at the nanoscale of smectite clay particles saturated by saline solutions containing water and ions, with the aid of Statistical Mechanical theory. Some more complex models than Poisson-Boltzmann's one as DFT/MSA, HNC are studied taking into account the ion-ion correlations between ions with finite size in order to compute local ionic distributions in the nanopores. On the other hand, we resolved also the mechanical problem in this scale by introducing the stress tensors of fluid satisfying compulsorily mechanical equilibrium. Our aim next is to up-scale the model to higher scale based on homogenization of periodic structures aiming at obtaining the macroscopic constitutive laws for the disjoining pressure and transport problem. In this context, the two et three-scale models are proposed. Finally, the three-scale model (dual-porosity model) is applied for a clay barrier simulation with ion exchange problem