Contribution à la simulation numérique de transferts de masse et de chaleur (Application aux ouvrages de stockage des déchets radioactifs)

Le travail de thèse présenté dans ce mémoire concerne la simulation numérique des transferts de chaleur et de masse d'eau dans les matériaux argileux gonflants compactes et non saturés. Il s'inscrit dans le contexte général de l'étude de la faisabilité d'un stockage de déchets radioactifs de haute activité et à vie longue en formation géologique profonde. L'analyse de l'essai du CEA constitué d'une colonne de bentonite partiellement saturée soumise à un gradient thermique (THM 1G) montre qu'il existe un transfert d'eau de la partie chaude vers la partie froide pour des températures bien inférieures à 100C. Par ailleurs les simulations numériques d'un tel essai avec les mécanismes dominants (Darcy, Fick et Fourrier) sont impuissantes à traduire ce transfert de masse sous l'effet du seul gradient de température. Un nouveau mécanisme de transfert thermo-osmotique (l'effet Soret) objet de cette thèse est proposé et quantifié dans ce travail. La quantification du transfert thermo-osmotique a été réalisée à partir de l'essai THM1G par analyse inverse. En effet il est nécessaire de déconvoluer les profils hydriques résultant de différents temps d'application du gradient thermique puisqu'ils résultent de deux mécanismes couplés antagonistes : l'un relatif au transfert sous gradient de température et l'autre sous l'effet du gradient hydraulique. La première étape de la validation a proprement parlé a été réalisée par la confrontation des simulations numériques avec les résultats expérimentaux de l'essai sur colonne THM2G soumis à deux gradients opposés, l'un thermique et l'autre hydraulique. Enfin la confrontation des modèles de transfert de masse et de chaleur avec les résultats expérimentaux d'un ouvrage in situ l'essai TBT (Temperature Buffer Test) installé dans le laboratoire souterrain à Aspö en Suède est présentée dans ce travail. La comparaison de l'ensemble de ces modélisations par rapport aux résultats expérimentaux montre que seul le modèle utilisant le transfert de thermo-osmose donne des résultats satisfaisants.The work of thesis presented in this memory relates to the numerical simulation of the transfers of water heat and mass in bentonite compact and unsaturated. It falls under the general context of the feasibility study of storage of radioactive waste of high activity and with long life in profound geological formation. The analysis of the test of the ECA made up of partially saturated a bentonite column subjected to a heat gradient (THM 1G), shows that there is a transfer of water of the hot part towards the cold part for temperatures quite lower than 100C. In addition, the numerical simulations of such a test with the dominant mechanisms (Darcy, Fick and Fourier) cannot to represent this mass transfer under the effect of the only heat gradient. A new mechanism of thermo-osmotic transfer object of this thesis is proposed and quantified in this work. The quantification of the transfer of thermo-osmosis, was carried out starting from test THM1G by back analysis. In fact it is necessary of déconvoluer the hydrous profiles resulting from different times of application of the heat gradient since they result from two antagonistic coupled mechanisms: one relating to the transfer under the heat gradient and the other under the effect of the hydraulic gradient. The first stage of the validation was carried out by the confrontation of the numerical simulations with the experimental results of the test on column THM2G submitted to two opposed gradients, one thermal and other hydraulic. Finally, the confrontation of the models of transfer of mass and heat with the experimental results of an in situ work test TBT (Temperature Buffer Test) installed in the underground laboratory to Aspö in Sweden, is present in this work. The comparison of the whole of these modelling compared to the experimental results shows that only the model using the transfer of thermo-osmosis gives satisfactory results.RENNES-INSA (352382210) / SudocSudocFranceF