CE05 - Une énergie durable, propre, sûre et efficace

Caractérisation dynamique et modélisation des couplages structure – chimie – transport : approche multi-échelles – CATCH

Caractérisation dynamique et modélisation des couplages structure – chimie – transport : approche multi-échelles

Le projet CATCH a pour but d’évaluer quantitativement l’effet d’une évolution la porosité sur les paramètres de transport dans des matériaux du sous-sol.

Motivations du projet

Les technologies utilisant le sous-sol à des fins de stockage d’énergie ou de déchets engendrent des perturbations physico-chimiques qui se répercutent sur les matériaux et les milieux géologiques encaissants, et qui modifient les propriétés de transport de ces milieux, de façon bénéfique ou non pour les performances de l’application visée. La prédiction de ces évolutions doit reposer sur des approches numériques couplant transport et réactivité. Toutefois, les outils actuels de transport réactifs sont limités par une compréhension et une quantification très lacunaires des processus fondamentaux d’intérêt qui prennent place à l’échelle du pore. Le projet CATCH a pour ambition de lever des verrous majeurs pour les capacités de prédiction de ces outils en combinant des approches multi-échelle de caractérisation et de modélisation.

Nous implémentons une méthodologie incrémentielle en terme d'échelle en partant d'expériences de nano- et micro-fluidique jusqu'à des expériences sur colonnes centimétriques, par lesquelles nous caractérisons les propriétés de transport macroscopiques de milieux poreux. Nous avons pour but de caractériser de la façon la plus complète possible des milieux de complexité croissante en combinant des analyses in situ et résolues en temps, avec des analyses post-mortem multi-échelles qui couvrent les échelles du nm au cm. Les résultats expérimenaux (ex: évolution de la porosité en fonciton du temps, connectivité des pores, energy interfaciale contrôlant la solubilité des minéraux) sont ensuite utilisés comme paramètres d'entrée ou comme contraintes pour le développement de modèles numériques à l'échelle du pore et à l'échelle du continuum du milieu poreux. Des procédures de changement d'échelle sont développées afin de traduire l'information et les paramètres caractérisés à l'échelle du pore vers des modèles continus pour lesquels des améliorations sont nécessaires afin de prédire le comportement des systèmes de subsurface dédiés à des applications énergétiques.

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Tournassat, C.; Steefel, C.I. & Gimmi, T. Solving the Nernst-Planck equation in heterogeneous porous media with finite volume methods: Averaging approaches at interfaces Water Resources Research. 2020. 56, e2019WR026832. doi.org/10.1029/2019WR026832

J. Poonoosamy, C. Soulaine, A. Burmeister, G. Deissmann, D. Bosbach, and S. Roman, Microfluidic flow-through reactor and 3D Raman imaging for in situ assessment of mineral reactivity in porous and fractured porous media, Lab on a Chip, under review.

Le projet CATCH a pour but d’évaluer quantitativement l’effet d’une évolution la porosité sur les paramètres de transport dans des matériaux du sous-sol. Les technologies utilisant le sous-sol à des fins de stockage d’énergie ou de déchets engendrent des perturbations physico-chimiques qui se répercutent sur les matériaux et les milieux géologiques encaissants, et qui modifient les propriétés de transport de ces milieux, de façon bénéfique ou non pour les performances de l’application visée. La prédiction de ces évolutions doit reposer sur des approches numériques couplant transport et réactivité. Toutefois, les outils actuels de transport réactifs sont limités par une compréhension et une quantification très lacunaires des processus fondamentaux d’intérêt qui prennent place à l’échelle du pore. Le projet CATCH a pour ambition de lever des verrous majeurs pour les capacités de prédiction de ces outils en combinant des approches multi-échelle de caractérisation et de modélisation.

Coordinateur du projet

Monsieur Christophe Tournassat (Institut des sciences de la Terre d'Orléans)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

BRGM Bureau de Recherche Géologique et Minières
ISTERRE Institut des Sciences de la Terre
ISTO Institut des sciences de la Terre d'Orléans
ERM ETUDES RECHERCHES MATERIAUX

Aide de l'ANR 608 023 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2018 - 48 Mois

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