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Faire avancer la sûreté nucléaire

La Recherchev2

Propositions de thèses 2017

Modélisation des écoulements diphasiques à l'échelle de pores dans des milieux déformantes à l'aide de méthodes particulaires

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Lieu de thèse : Fontenay-aux-Roses (92)

Date de début : octobre 2017



Compétences recherchées


  • Masters préconisés : mécanique, mathématiques appliquées, sciences de la Terre.



Sujet de thèse


Ce travail s'inscrit dans le cadre des recherches menées par l’IRSN en relation avec le projet Cigéo (projet d’installation de stockage géologique profond des déchets radioactifs HA/MAVL). Ces recherches visent tout particulièrement à comprendre et à modéliser les phénomènes physico-chimiques importants pour la sûreté de la future installation localisée dans une couche d’argilite peu perméable et saturée en eau. Une importante production d’hydrogène étant attendue à l’intérieur du stockage géologique, il est pour cette raison déterminant de disposer des lois macroscopiques pertinentes (et leurs propriétés associées, telles que courbe de rétention, perméabilités relatives) qui permettront de modéliser le devenir des gaz.

Afin de mieux comprendre les mécanismes de transfert de gaz à l’échelle des pores et de disposer à terme de lois de comportement homogénéisées intégrables dans des codes de simulations macroscopiques, l’IRSN a développé récemment un code de simulation basé sur la méthode SPH (Smoothed Particles Hydrodynamics). Il permet de résoudre, pour une maquette 3D de milieux poreux, l’équation de Navier-Stokes biphasique en tenant compte de la tension de surface et de la capillarité. Il permet également de traiter la partie solide dans le même formalisme, considérée élastique (matrice argileuse) ou rigide (inclusions carbonatées ou silicatées). Des critères d’endommagement (Mohr-Coulomb et Rankine) ont été implémentés, afin de contrôler la propagation de micro-fractures dans la partie solide. Le code a été parallélisé sous MPI, ainsi qu’avec CUDA pour une utilisation sur un GPU.

La première partie du travail de thèse consistera à sélectionner un modèle représentatif du milieu argileux. Les phases minérales devront être paramétrées en cohérence avec leurs propriétés mécaniques propres. On pourra, soit utiliser des résultats d’imagerie disponibles, soit au besoin acquérir des nouvelles données à différentes échelles.

Une fois la maquette 3D d’une argilite sélectionnée, le doctorant aura comme objectif de sélectionner et étudier la pertinence des différentes lois de comportement avec endommagement pour la partie solide. Il s’agira de reproduire en termes de contrainte, déformation, pression d’entrée de gaz, des résultats expérimentaux présents dans la littérature. L’étudiant utilisera comme point de départ le code SPH existant, qu’il enrichira d’une part en introduisant de nouvelles conditions aux limites pour les liquides et le solide, d’autre part en implémentant différentes lois d’endommagement.

La dernière partie de la thèse consistera à proposer et implémenter un modèle d’échange de masse entre les phases afin de pouvoir prendre en compte les phénomènes de dissolution et évaporation à l’interface liquide-gaz.