Thèse soutenue

Imbibition d'une fracture modèle. Montée capillaire, évolution de la rugosité, et dynamique intermittente par avalanches
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Auteur / Autrice : Xavier Clotet-Fons
Direction : Stéphane SantucciJordi Ortín Rull
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 11/07/2014
Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure en cotutelle avec Universitat de Barcelona
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (1991-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique (Lyon ; 1988-....)
Jury : Président / Présidente : Harold Auradou
Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Santucci, Jordi Ortín Rull, Harold Auradou, Marco Dentz, Eduard Vives
Rapporteurs / Rapporteuses : Mikko Alava, Knut Jørgen MÅLØY

Résumé

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Quand un fluide mouillant visqueux (comme une huile) pénètre un milieu hétérogène tel qu’une fracture, l’interface (entre l’air déplacé et l’huile) développe des corrélations à longue portée menant à une dynamique spatio-temporelle complexe. Dans cette Thèse, nous avons étudié expérimentalement et théoriquement ce processus de transport d’un fluide, appelé imbibition, dans un modèle de fracture ouverte, pertinent dans diverses situations. Notre travail a combiné une étude expérimentale détaillée, avec une analyse précise des données, basées sur des méthodes de physique statistique et non-linéaire. D’abord, la position moyenne de l'interface h(t) est étudiée lors d’expériences de montée capillaire donnant lieu à une nouvelle solution analytique pour h(t). Nous avons ensuite étudié les propriétés d’invariance d’échelle de l’interface et en particulier leur évolution pour des processus d’imbibition forcées, caractérisée par un scénario dit «super-rugueux». Enfin, nous avons étudié et quantifié la dynamique intermittente par avalanches des fronts d’imbibition à partir de l’analyse multi-échelle (spatiales et temporelles) de leurs vitesses. L'ensemble des résultats présentés dans cette Thèse propose une image très générale de la dynamique hors équilibre des fronts d’imbibition se propageant lentement dans des fractures ouvertes. La propagation latérale des fluctuations interfaciales est contrôlée par conservation de la masse locale. L'avancement de l'interface dans la direction de propagation est contrôlé par l’échelle caractéristique du désordre et la vitesse moyenne du front.