Modélisation du transport transitoire de solutés en milieu poreux : les modèles linéaires. / Modeling the non-equilibrium transport of linearly interacting solutes in porous media

Modeling the non-equilibrium transport of linearly interacting solutes in porous media The transport of linearly interacting solutes in porous media is investigated with the help of residence time distributions, transfert functions, methods of system dynamics, and time-moment analyses. The classical one-dimensional convection-dispersion equation is extended to two-region (mobile-immobile water) transport by including diffusional mass transfert limitations characteristic of aggregated porous media. The two region model is further revised by incorporating the effects of multiple retention sites (in parallel or in series), multiple porosity levels, and arbitrary but steady flow fields. It is shown that different physical situations can be represented by a relatively small number of transfert functions containing only two types of parameters : distribution coefficients to account for equilibrium properties, and characteristic times reflecting kinetic processes. Relevant kinetic processes include convective transport, hydrodynamic dispersion, adsorption-desorption and physical or chemical mass transfert limitation. One shows so that the transfert time distribution is an extremely usefull tool for explaining some unexpected experimental results in the solute transport literature.La modélisation du transport transitoire de solutés interagissant linéairement dans un milieu poreux est présentée à l'aide de la théorie des distributions de temps de séjour et des méthodes de la dynamique des systèmes. L'utilisation des fonctions de transfert et de l'analyse des moments temporels est introduite pour construire des modèles linéaires et pour caractériser les paramètres qui y interviennent. L'équation classique des bilans de matière décrivant l'écoulement convectif-dispersif en milieux poreux est ainsi généralisée pour modéliser le transport en présence d'eau mobile et d'eau immobile, en y incluant des limitations diffusionnelles au transfert de matière, caractéristiques des milieux poreux constitués d'agrégats. Le modèle à deux zones (eau mobile et eau immobile) est élargi pour y incorporer les effets de sites d'adsorption multiples en série ou en parallèle, plusieurs niveaux de porosité et un écoulement d'eau mobile permanent mais arbitraire. Il est ainsi montré que différentes situations peuvent être représentées par un nombre relativement restreint de fonctions de transfert ne contenant que deux types de paramètres : des coefficients de distribution pour prendre en compte les propriétés d'équilibre, et des temps caractéristiques traduisant les processus cinétiques. Les processus cinétiques ainsi pris en compte sont le transport convectif, la dispersion hydrodynamique, l'adsorption-désorption, les limitations physiques et chimiques au transfert de matière. On montre ainsi que la distribution des temps de séjour est un outil très utile pour expliquer des résultats inattendus de la littérature.Sardin Michel. Modélisation du transport transitoire de solutés en milieu poreux : les modèles linéaires. / Modeling the non-equilibrium transport of linearly interacting solutes in porous media. In: Sciences Géologiques. Bulletin, tome 46, n°1-4, 1993. Minéraux finement divisés, sous la direction de Jacques Yvon. pp. 197-216