Thèse soutenue

Etude des écoulements de mousse à effet bloquant en milieu de haute perméabilité, pour la remédiation des sols et nappes souterraines.
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Auteur / Autrice : Romain Aranda
Direction : Henri BertinAbdelaziz Omari
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique
Date : Soutenance le 09/07/2020
Etablissement(s) : Bordeaux
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mécanique et d'ingénierie de Bordeaux
Jury : Président / Présidente : Azita Ahmadi-Sénichault
Examinateurs / Examinatrices : Henri Bertin, Abdelaziz Omari, Azita Ahmadi-Sénichault, Daniel Broseta, Yves Méheust, Hossein Davarzani
Rapporteurs / Rapporteuses : Daniel Broseta, Yves Méheust

Résumé

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Dans le domaine de la dépollution des sols en zone saturée, il est parfois nécessaire de confiner une source afin de pouvoir mener un traitement efficace in situ. Le confinement permet notamment d’augmenter le temps de contact entre les réactifs injectés et le polluant. Cette thèse présente l’étude de l’injection de mousse liquide en tant que fluide bloquant. Les travaux se focalisent en particulier sur l’étude de l’écoulement de mousse dans des milieux de haute perméabilité, le confinement étant particulièrement nécessaire dans ce type de milieu où les vitesses d’écoulement sont souvent élevées.Les travaux ont d’abord consisté à étudier la moussabilité et la stabilité d’une sélection de tensio-actif. Puis, des travaux ont été mené pour étudier les écoulements de mousse dans les milieux de forte perméabilité (> 4x10-10 m²). Ces expériences ont été menées dans des colonnes de 30 à 40 cm. Les résultats ont été obtenus par bilan de masse, mesure de la pression et observations visuelles. Ensuite, les écoulements de mousse ont été étudiés dans des bacs fin de 40 cm à 1 m de large. Lors de ces expériences, les écoulements de mousse étaient confrontés à un écoulement croisé d’eau pour simuler un écoulement souterrain. Les observations portaient en particulier sur la capacité de la mousse à détourner cet écoulement ainsi que sa stabilité dans le temps. Les résultats ont été obtenus par bilan de masse, mesure de pression et de saturation, et par une méthode d’analyse photographique développé spécifiquement pour cette étude. Enfin, un modèle numérique a été mis en point pour simuler les résultats expérimentaux et identifier les paramètres contrôlant l’écoulement et la stabilité de la mousse.Les résultats montrent que le tensio-actif alpha-olefin sulfonate est un très bon candidat pour générer des mousses à effet bloquant grâce à sa haute stabilité et moussabilité, couplé à une biodégradabilité rapide. La mousse se comporte comme un fluide très visqueux (> 1 Pa.s) dans les milieux de haute perméabilité si celle-ci est générée grâce à une technique de prégénération. Cette technique consiste à injecter le gaz et le liquide dans un milieu de faible perméabilité (sable fin, verre fritté) afin de créer une mousse fine pour ensuite l’injecter dans un milieu de haute perméabilité. Une injection directe de gaz et de liquide dans un milieu de haute perméabilité ne permet pas d’obtenir une mousse visqueuse. Le comportement rhéofluidifiant de la mousse a été confirmé pour les milieux de haute perméabilité. La propriété bloquante de la mousse a été démontrée dans les bacs où l’intégralité de l’écoulement d’eau fut détournée pendant l’injection de la mousse. Après la fin de l’injection, la stabilité de la mousse est faible en présence d’un écoulement rapide (10 m/jour) car celui-ci diminue la concentration en tensio-actif jusqu’à déstabilisation des lamelles de mousse. Il a été montré que la stabilité est corrélée à la vitesse de l’écoulement d’eau croisé. Après destruction de la mousse, les bulles de gaz piégées dans le milieu poreux contribuent néanmoins à réduire fortement la perméabilité relative à l’eau dans la zone où la mousse a été injectée. La modélisation a montré que le couplage d’un modèle d’écoulement diphasique en milieu poreux à un modèle de transport de soluté pour le tensio-actif permettait de retrouver des résultats proches des résultats expérimentaux (phases d’injection de mousse et de stabilité).L’ensemble des résultats montrent que l’utilisation de mousse comme fluide bloquant dans le domaine de la dépollution des sols saturé est prometteur. Ce manuscrit donne des pistes concernant l’utilisation industrielles de ce fluide qui peut être difficile à maitriser en milieu poreux.