CD : Modélisation multi-physique et multi-échelle des processus d'écoulement et de transport de chaleur en milieux poreux fracturés : application à la géothermie

CD : Multi-scale and multiphysics modelling of flow and transport processes in fractured porous media: applications to geothermal energy production

• Auteur / Autrice : Nour Alawieh
• Direction : Fabrice Golfier, Behshad Koohbor
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique - Génie Civil
• Date : Inscription en doctorat le 21/10/2024
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GeoRessources
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Hydrogéomécanique multi-échelles (Axe GéoModèles)

Mots clés

Mots clés libres

Géophysique

Géothermie

Milieux poreux fracturés

Transfert de chaleur

Modélisation multiéchelle

Multiscale modelling

Geophysics

Geothermal energy

Fractured porous media

Heat transfer

Résumé

La simulation des processus d'écoulement et de transport des fluides dans les milieux poreux fracturés est un élément essentiel de la recherche en géothermie, qui a gagné en importance au cours des dernières décennies. Ce projet de doctorat a pour but d'étudier et de développer des simulateurs multiphysiques avancés dans les milieux poreux fracturés et d'appliquer ces connaissances à la production d'énergie géothermique. Plus spécifiquement, la motivation pour entreprendre cette thèse de doctorat est une tentative pour : (1) mieux comprendre les processus d'échange (c'est-à-dire l'écoulement des fluides, le transport de chaleur et la charge électrique) entre les fractures et la matrice, (2) une analyse de sensibilité pour mieux adapter le type d'approche pour les fractures en fonction de la lithologie du réservoir, (3) l'application de la géophysique électrique dans les réservoirs géothermiques fracturés et (4) le développement d'un outil numérique adapté à la simulation des processus d'écoulement et de transport couplés à la migration des charges électriques à l'échelle de Darcy qui soit précis et efficace (c'est-à-dire d'un point de vue numérique) dans les milieux poreux fortement fracturés. Dans un premier temps, un modèle qui discrétise les processus d'écoulement et de transport de chaleur va être développé en appliquant des hypothèses qui réduiront la non-linéarité du système d'équations principalement induite par l'échange entre les fractures et la matrice. Différentes simplifications du modèle seront explorées, par exemple en incluant le réseau de fractures secondaires dans la description de la matrice poreuse. Dans la deuxième étape du projet, nous nous concentrerons sur les simulations hydro-thermo géophysiques couplées en couplant la distribution de la charge électrique (c'est-à-dire spatiale et temporelle) au modèle développé précédemment, en utilisant la méthode des éléments finis mixtes hybrides pour la discrétisation de la loi d'Ohm. L'objectif final de cette partie du projet sera de développer un modèle inverse permettant d'estimer certaines propriétés hydrodynamiques du réseau de fractures dans les réservoirs géothermiques

Simulating fluid flow and transport processes in fractured porous media is a crucial part of research on geothermal energy which has gained more attention in the previous decades. This doctoral project aims to study and develop some advanced multiphysics simulators in fractured porous media and apply this knowledge to the geothermal energy production. More specifically, the motivation for undertaking this doctoral dissertation is an attempt for: (1) better understanding the exchange processes (i.e. fluid flow, heat transport and electrical charge) between fracture and matrix, (2) a sensitivity analysis for better adaptation of the type of the approach for fractures based on the lithology of the reservoir, (3) the application of electrical geophysics in thermal fractured reservoirs and (4) developing a numerical tool suitable for the simulation of flow and transport processes coupled with electrical charge migration at Darcy scale which is accurate and efficient (i.e. computationally) in highly fractured porous media. In the first step, a model discretizing the fluid and transport processes is going to be developed by applying assumptions that will reduce the nonlinearity of the system of equations mainly induced by the exchange between fracture and matrix. Different simplifications of the model will be explored for instance by including the secondary fracture network within the description of the porous matrix. Comparison with multi-continuum models will be also investigated. In the second step of the project, we focus on the coupled hydro-thermo-geophysical simulations. Electrical charge transport (i.e. spatial and temporal) will be coupled to the previously developed model through the discretization of Ohm's law using the mixed hybrid finite element method. The final goal of this part of the project will be to develop an inverse model that may estimate certain hydrodynamic properties of the fracture network in geothermal reservoirs.