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Physical and numerical experiments of flow and transport in heterogeneous fractured media : single fracture flow at high Reynolds numbers, and reactive particle transport

Spiller, Martin Werner (2004) Physical and numerical experiments of flow and transport in heterogeneous fractured media : single fracture flow at high Reynolds numbers, and reactive particle transport. (Modélisation physique et numérique d'écoulements et transports en milieux hétérogènes fracturés (écoulement à haut Reynolds et transport particulaire réactif).)

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Abstract

La première partie de la thèse aborde la modélisation expérimentale de l'écoulement monophasique dans une fracture unique de granit. Différentes méthodes de mesure ont été développées pour déterminer le champ d'ouverture entre les deux faces de la fracture. Des visualisations directes ont montré l'influence de l'hétérogénéité du champ d'ouverture sur l'écoulement. Des mesures hydrauliques ont permis la mesure de la conductance hydraulique en faisant varier les effets inertiels. La comparaison de cette mesure avec les calculs obtenus à partir d'une loi cubique locale est discutée. La seconde partie de la thèse est consacrée à la modélisation numérique du transport réactif. Deux méthodes numériques ont été développées. La première est associée à une formulation particulaire de suivie Lagrangien. L'autre utilise une description microscopique du transport associée à une équation maîtresse. La comparaison entre les deux méthodes est menée et discutée sur trois exemples. ABSTRACT : The first part of the thesis is focusing on an experimental study of single phase flow processes in a single granite fracture. In order to obtain the aperture field, two different measurement methods were developed and evaluated. The effect of heterogeneities of the aperture field was shown by a visualization of streamlines. The flow experiments revealed that inertial effects lead to a correction of the effective permeability which is of second order in the mean flux. The comparison of results of the experiment with numerical simulations performed on the basis of the local Cubic Law is discussed. The second part of the thesis is about numerical modeling of reactive transport processes. Two different models have been developed. The first one is based on a Lagrangian approach, whereas the second one is based on a microscopic description of reactions and transport using a Master equation approach. A comparison of the two algorithms is discussed based on three selected application examples.

Other Institution (co-tutelle):Institute of hydraulic engineering and water resources management / Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft der RWTH Aachen (IWW)
Department:Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse - IMFT (Toulouse, France)
Directeur de thèse:Ababou, Rachid and Köngeter, Jürgen
Uncontrolled Keywords:Fracture - Mesures hydrauliques - Processus de Markov - Darcy-Ward-Forchheimer - Effets inertiels - Modélisation numérique du transport réactif - Transport des particules - Champs aléatoires
Subjects:Hydraulics > Fluid mechanics
Hydraulics
Hydraulics > Earth science and environment
Deposited On:13 April 2005

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