Recherche des temps additionnels de transport de polluants induits par la presence de cavites dans un domaine d’ecoulement thi Diep Phuong bach

RECHERCHE DES TEMPS ADDITIONNELS DE TRANSPORT DE POLLUANTS INDUITS PAR LA PRESENCE DE CAVITES DANS UN DOMAINE D’ECOULEMENT
Thi Diep Phuong BACH , Mustapha HELLOU

Laboratoire de Génie Civil et de Génie Mécanique (LGCGM) INSA de Rennes, EA 3913

20 Av. des Buttes de Coësmes, 35043 Rennes Cedex

e.mail: [e-mail]

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L’étude des processus de transport des polluants dans le sol a reçu ces dernières années une attention particulière tant pour des raisons de protection de l’environnement et de la santé que par souci économique. Le cas le plus fréquent dans le domaine des polluants solubles dans l’eau est celui des nitrates. La maîtrise des processus de transport est d’autant plus nécessaire que l’anion nitrate est relativement très soluble et qu’il peut être entraîné facilement dans les eaux superficielles sous l’effet des ruissellements ou dans les eaux souterraines sous l’effet de la lixiviation.

L’objectif principal de ce travail est donc d’approfondir la connaissance des mécanismes qui assurent la dispersion des nitrates dans les sols agricoles. Le travail concerne la recherche des temps de transport en prenant en compte le temps de transfert des nitrates piégés dans les cavités ou dans les interstices de très petite taille et les temps dus aux interactions hydrodynamiques.

Ce travail est conduit par la simulation numérique en utilisant le code de calcul Fluent. Nous utilisons un modèle simple composé de deux branches d’écoulement disposées perpendiculairement entre elles. Ce modèle est souvent employé pour représenter une jonction de fractures. A t = 0, deux sources continues de soluté de même concentration C₀ (fraction massique égale à 0,5) sont injectées au milieu avec le même débit Q par les entrées 1 et 2. Le mélange sort par les branches 3 et 4 avec les débits Q₃ et Q₄ tels que Q₄=αQ₃. Pour se placer dans le cas d’une cavité, nous considérons α=0. Dans cette condition, la branche 4 se comporte comme une cavité (ou bras mort).

La simulation est effectuée pour deux valeurs du nombre de Peclet dans la branche 1 à savoir Pe=10 et 100 000 obtenues en variant le coefficient de diffusion du soluté. La valeur de Pe=100 000 paraît excessive, surtout si l’on veut assurer un écoulement à faible nombre de Reynolds. Cette valeur a été choisie pour amplifier la convection par rapport à la diffusion afin de voir les effets dus à la convection comme la recirculation dans la cavité illustrée par les lignes de courrant de la figure 1. L’évolution de la concentration du soluté après 5 secondes est présentée dans la figure 2 pour le nombre de Peclet égal à 10 et dans la figure 3 pour le nombre de Peclet égale à 100 000.

Après que le milieu soit totalement contaminé avec la concentration C₀, nous appliquons l’opération de dépollution en remplaçant les deux sources de soluté par deux sources d’eau ou de solvant de même débit Q.

Figure 1 : lignes de courant	Figure 2 : lignes d’isoconcentration Pe = 10		Figure 3 : lignes d’isoconcentration Pe=100000

L’étude paramétrique en fonction du nombre de Péclet montre que la présence des cavités ralentit l’opération de décontamination d’autant plus fortement que le nombre de Péclet est élevé. En effet, ces processus de transport sont très influences par les écoulements de recirculation qui se développent dans les cavités ou dans les interstices.