Prédiction des gradients de concentration générés dans les milieux poreux géologiques à l'aide de dispositifs microfluidiques

Prediction of concentration gradients generated in geological porous media using microfluidic devices

• Auteur / Autrice : Mohamadou Sarr
• Direction : Aneta Slodczyk
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de l'Univers
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : Energie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers - EMSTU
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de la terre d'Orléans (2010-....)

Mots clés

Mots clés libres

Transport

Milieux poreux

Microfluidique

Spectroscopie Raman

Transport

Porous media

Microfluidics

Raman spectroscopy

Résumé

L'objectif de cette thèse est de prédire l'ampleur et la localisation des gradients de concentration locaux qui se développent dans les milieux poreux géologiques à cause de réactions minérales. Ces gradients de concentration peuvent conduire à la diffusiophorèse de particules chargées, un phénomène encore très peu étudié en milieux poreux. Nous utiliserons des dispositifs microfluidiques pour étudier les mécanismes de dissolution de cristaux de calcite en conditions contrôlées. Nous évaluerons la dynamique de transport des espèces au voisinage d'un cristal en train de se dissoudre. Les résultats expérimentaux serviront à étendre l'approche numérique développée au laboratoire qui simule la dissolution de minéraux solides à l'échelle des pores. Dans un deuxième temps, des micromodèles réactifs plus complexes seront considérés, comme des assemblages de grains réactifs pour localiser les gradients de concentration générés par la dissolution / précipitation. Les expériences couplées à la spectroscopie micro-Raman permettront une évaluation quantitative in situ des changements minéralogiques dans les milieux poreux au cours des processus de transport réactif. À partir des spectres Raman, nous obtiendrons la composition minérale et du soluté, fournissant ainsi de nouvelles informations sur le couplage hydro-géochimique dans les milieux poreux.

The objective of this PhD is to predict the magnitude and location of local concentration gradients that develop in geological porous media due to mineral reactions. These concentration gradients can further lead to diffusiophoresis of charged particles, a phenomenon that is still not well understood in porous media. We will use microfluidic devices to study dissolution mechanisms of calcite crystals in controlled conditions We will assess the species transport dynamics in the vicinity of a dissolving crystal. Experimental results will extend the numerical models developed in our team that simulates the dissolution of solid minerals at the pore-scale. In a second step, more complex reactive micromodels will be considered, like flow-through reactors to localize concentration gradients generated by dissolution/precipitation. The experiments coupled with micro-Raman spectroscopic techniques will allow a quantitative in situ assessment of mineralogical changes in porous media during reactive transport processes. From Raman spectra we will obtain the mineral composition and solute composition, thus providing new insights into hydro-geochemical coupling in porous media.