{"id":6647,"date":"2021-05-06T09:50:52","date_gmt":"2021-05-06T07:50:52","guid":{"rendered":"https:\/\/wp.unil.ch\/geoblog\/?p=6647"},"modified":"2021-05-06T09:59:43","modified_gmt":"2021-05-06T07:59:43","slug":"melange-des-solutes-en-milieux-confines-et-heterogenes","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/wp.unil.ch\/geoblog\/2021\/05\/melange-des-solutes-en-milieux-confines-et-heterogenes\/","title":{"rendered":"M\u00e9lange des solut\u00e9s en milieux confin\u00e9s et h\u00e9t\u00e9rog\u00e8nes"},"content":{"rendered":"\n
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Th\u00e8se soutenue par Mayumi Hamada<\/em>, le 21 mai 2021, Institut des sciences de la Terre (ISTE)<\/em><\/p>\n\n\n\n

Le m\u00e9lange contr\u00f4le de multiples ph\u00e9nom\u00e8nes naturels et industriels. De mani\u00e8re directe, lors du transport intracellulaire ou des \u00e9changes de gaz dans les poumons, ou indirectement, dans des processus entra\u00een\u00e9s par la rencontre de diff\u00e9rentes entit\u00e9s : par exemple, les microbes et leurs nutriments ou les esp\u00e8ces impliqu\u00e9es dans une r\u00e9action chimique. Lorsque le m\u00e9lange se produit dans des environnements confin\u00e9s tel que les syst\u00e8mes poreux (p. ex les sols, les tissus vivants ou les roches) l\u2019organisation spatiale des esp\u00e8ces diff\u00e8re de celle observ\u00e9e pour des syst\u00e8mes non confin\u00e9s.<\/p>\n\n\n\n

En effet ces milieux sont caract\u00e9ris\u00e9s par la pr\u00e9sence de barri\u00e8res solides et imperm\u00e9ables : les grains, l\u2019espace entre les grains dans lesquels se d\u00e9roule les processus de transport et de m\u00e9lange est appel\u00e9 les pores.<\/p>\n\n\n\n

Cette th\u00e8se vise \u00e0 \u00e9tudier l\u2019impact du confinement sur le m\u00e9canisme du m\u00e9lange : pour les syst\u00e8mes poreux, le m\u00e9lange est contr\u00f4l\u00e9 par l\u2019action combin\u00e9e de i) l\u2019advection, qui d\u00e9place les solut\u00e9s, et ii) la diffusion mol\u00e9culaire, qui lisse les gradients de concentration par transfert de masse. Nous allons d\u00e9montrer que le confinement a un impact sur ces deux processus.<\/p>\n\n\n\n

Dans la premi\u00e8re partie de cette th\u00e8se, <\/strong>nous utilisons la solution analytique de l\u2019\u00e9quation de diffusion unidimensionnelle afin de quantifier l\u2019impact du confinement sur plusieurs mesures de m\u00e9lange. Nous montrons que la solution pour un domaine confin\u00e9, mod\u00e9lis\u00e9 ici par un flux de mass nul \u00e0 l\u2019interface des pores, d\u00e9finit une nouvelle \u00e9chelle de temps caract\u00e9ristique du m\u00e9lange qui est nettement r\u00e9duite par rapport \u00e0 l\u2019\u00e9chelle de temps caract\u00e9ristique dans un domaine non confin\u00e9. Ces observations montrent que le m\u00e9canisme d\u2019homog\u00e9n\u00e9isation par diffusion est renforc\u00e9 par la pr\u00e9sence de barri\u00e8res imperm\u00e9ables et, par cons\u00e9quent, le m\u00e9lange se produit beaucoup plus rapidement en milieu confin\u00e9.<\/p>\n\n\n\n

Dans la seconde partie de la th\u00e8se, <\/strong>nous proposons une nouvelle m\u00e9thode de mesure du coefficient de diffusion d\u2019un traceur (sous forme de collo\u00efdes en suspension ou de substances dissoutes), bas\u00e9e sur l\u2019\u00e9volution spatio-temporelle du champ de concentration c(x, t)<\/em> du traceur consid\u00e9r\u00e9. La mesure consiste \u00e0 ajuster la solution analytique de c(x, t)<\/em> (d\u00e9riv\u00e9e en supposant le transport \ufb01ckien et la conservation de la masse) au profil mesur\u00e9, en utilisant D<\/em> comme la variable d\u2019ajustement. La m\u00e9thode propos\u00e9e fournit une estimation pour D<\/em> avec une intervalle de confiance de 3%. Finalement, nous avons utilis\u00e9 la r\u00e9plique d\u2019un milieux poreux, construit sous la forme d\u2019une puce micro-fluidique, pour \u00e9tudier le taux et la dynamique du m\u00e9lange d\u2019un solut\u00e9 transport\u00e9 par un \u00e9coulement laminaire dans l\u2019espace confin\u00e9 des pores.<\/p>\n\n\n\n

Au sein de la puce micro-fluidique, les grains du milieu poreux sont repr\u00e9sent\u00e9s par des cylindres verticaux, dispos\u00e9s \u00e0 la mani\u00e8re de colonnes. Les distances qui les s\u00e9parent, repr\u00e9sentant les pores, suivent une distribution prescrite, qui contr\u00f4le l\u2019h\u00e9t\u00e9rog\u00e9n\u00e9it\u00e9 du flux. Nous avons ensuite utilis\u00e9 un traceur fluorescent pour visualiser le d\u00e9placement d\u2019un solut\u00e9 dans notre milieu poreux. Nos observations montrent que les mod\u00e8les r\u00e9cents d\u00e9velopp\u00e9s pour d\u00e9crire le m\u00e9lange d\u2019un solut\u00e9 transport\u00e9 par des champs d\u2019\u00e9coulement h\u00e9t\u00e9rog\u00e8nes ne permettent pas de pr\u00e9dire le m\u00e9lange \u00e0 l\u2019\u00e9chelle du pore car ils ne tiennent pas compte du confinement.<\/p>\n\n\n\n

Ce r\u00e9sultat d\u00e9montre la n\u00e9cessit\u00e9 de d\u00e9velopper un mod\u00e8le de m\u00e9lange \u00e0 l\u2019\u00e9chelle du pore qui tiennent compte \u00e0 la fois des barri\u00e8res solides et imperm\u00e9ables (les grains) et des valeurs locales d\u2019\u00e9tirement. Pour \u00e9tudier cela, nous combinons nos exp\u00e9riences \u00e0 des simulations num\u00e9riques de l\u2019\u00e9coulement (solution de Stokes), du suivi des particules (int\u00e9grant des \u00e9quations de mouvement) et de la conservation de la masse (r\u00e9solution de l\u2019\u00e9quation de diffusion par advection).<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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