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Des modèles numériques

Hytec : Evaluer les multiples interactions avec la roche


HYTEC est un logiciel développé depuis 1993 au sein d’un consortium appelé « Pôle Géochimie-transport » regroupant de 4 à 8 partenaires (dont le CEA, EDF, l’INERIS, l’IRSN, Lafarge, Schlumberger, Total) et piloté par Armines, une organisation créée à l’initiative de l’Ecole des Mines ParisTech pour favoriser la recherche partenariale.

La modélisation « couplée chimie- transport » permet de simuler des réactions chimiques et le transport d’espèces dans des milieux naturels ou industriels. HYTEC est utilisable dans un grand nombre de domaines comme les sciences environnementales (chimie des eaux et des sols, impact environnemental de mines ou de sols pollués…), les sciences des matériaux (durabilité, évolution sur le long terme des propriétés physico-chimiques…) ou les sciences de l’ingénieur (optimisation de procédé, purification d’eau…). Il permet de prendre en compte les hétérogénéités physico-chimiques et, dans le cas de solides, les variations de paramètres physiques engendrées par les évolutions minéralogiques.

HYTEC repose sur le couplage de deux modèles :

 le modèle de spéciation géochimique CHESS (Chemical Equilibrium with Species and Surfaces) qui simule les réactions chimiques ainsi que la décroissance radioactive au sein de chaque maille du modèle. Il contrôle l’ensemble des phases du système (minéraux, solutions, espèces aqueuses et gazeuses…) grâce à une large base de données thermodynamiques et à une approche cinétique applicable à tout type de réaction ;

 un modèle hydrodynamique nommé R2D2 qui décrit l'écoulement de phases liquides et gazeuses (écoulements en milieux saturés, non-saturés, stationnaires, transitoires), le transport de chaleur et le transport des solutés en milieux poreux ou fracturé, en 1, 2 ou 3 dimensions, par diffusion (où les espèces chimiques migrent naturellement par homogénéisation des concentrations) et par convection (où elles sont entrainées par les écoulements).

Le transport d’un fluide plus ou moins chargé en espèces chimiques peut, par ailleurs, générer des réactions avec les phases solides (dissolution et/ou précipitation, sorption) modifiant les paramètres hydrodynamiques du milieu. Le code HYTEC permet de prendre en compte ces transformations.

De façon générale, la première étape de calcul consiste à estimer les compositions initiales minéralogiques et chimiques des matériaux du milieu étudié. Dans un second temps, le couplage des deux modules (transport et chimie) permet de simuler l’évolution des compositions minéralogiques et chimiques dans le temps et l’espace, en recalculant, si besoin, les propriétés hydrodynamiques du système.

L’IRSN utilise HYTEC en support à l’évaluation de la sûreté de stockage géologique profond de déchets radioactifs, pour modéliser les interactions entre la roche et les aciers ou les matériaux cimentaires ainsi que les interactions de ces composants avec l’air introduit lors de la construction et l’exploitation de l’installation de stockage profond. Ces modélisations sont faites soit à l’échelle inframétrique et pluriannuelle, soit à l’échelle plurimétrique d’un ou plusieurs alvéoles de stockage,  et sur de longues périodes, jusqu’à 100 000 ans.

 

 

Légende : Simulation simplifiée de la distribution de l’hydrogène (figure du haut) et de l’oxygène dissouts (figure du bas) dans l’eau après 100 ans à l’échelle d’une alvéole de stockage de déchets HAVL.