Modèle pour l'estimation des propriétés de transfert des milieux poreux

L'accident de Fukushima a démontré qu'aujourd'hui encore, malgré les progrès déjà réalisés dans le domaine de la sûreté nucléaire, une interruption prolongée du circuit de refroidissement primaire du réacteur (plusieurs semaines) était possible. La France s'est donc vue contrainte de réévaluer le niveau de sûreté de ses centrales. Plus spécifiquement, le cas le plus défavorable qu'EDF considérait jusqu'alors, qui consistait en un arrêt total du système de refroidissement primaire de 24h, à été porté à deux semaines. Ce changement d'échelle temporelle a introduit des problématiques de fluage, d'évolution hygrométrique du béton ainsi que de flux de vapeur ? celle-ci transportant les radionucléides ? jusque-là laissées de côté. De ces considérations est né le projet MACENA (MAîtrise du Confinement d'une ENceinte en Accident), qui vise à évaluer le confinement d'une enceinte soumise à une température de 180°C et à une pression de 5bar pendant deux semaines. Dans sa thèse, Khaddour[1] a étudié l'impact de l'endommagement sur les propriétés de transport du béton. Il a développé un modèle capable de déterminer les perméabilités apparente et intrinsèque d'un milieu poreux à partir de sa distribution de taille de pores et des propriétés physiques du fluide considéré[2]. Ce modèle emploie une description classique du flux macroscopique au sens de Darcy avec une description microscopique combinant des écoulements de Poiseuille et Knudsen. Le milieu poreux est ensuite reconstitué suivant une approche hiérarchique cohérente avec la technique de porosimétrie par intrusion de mercure. Les résultats obtenus sont concordants avec l'approche de Klinkenberg[3] en ce qui concerne la détermination expérimentale de la perméabilité apparente. Ne comprenant aucun paramètre d'ajustement, ce modèle permet de reproduire l'effet de l'endommagement sur les perméabilités apparentes et intrinsèques de mortiers sollicités en compression. L'idée est naturellement venue d'étendre ce modèle à des milieux poreux partiellement saturés, d'une importance capitale pour notre étude. En effet, un milieu poreux partiellement saturé présente des perméabilités relatives aux phases gazeuse et liquide qui le parcourent inférieures à sa perméabilité intrinsèque. Ce sujet a déjà été traité par le biais de lois phénoménologiques dont l'une des plus largement répandues est celle de Van Genuchten[4]. L'approche présentée ici se base sur le modèle de Khaddour afin de s'efforcer d'apporter un aspect prédictif. Le modèle original a été adapté à l'aide d'une série de règles complémentaires : ? La saturation à l'intérieur des pores suit la loi de Kelvin ; ? La prise en compte des pores dans le calcul des perméabilités relatives dépend de leur état : saturé de gaz, partiellement saturé ou saturé de liquide ; ? Le réseau hiérarchique original est modifié en redistribuant les plus petits pores. En effet, de par leur volume relativement important et leur faible taille, il est probable que leur répartition spatiale soit telle qu'une fois saturés en eau, ils paralysent totalement le flux de gaz dans l'échantillon, et cet effet a une grande importance pour le calcul de la perméabilité relative au gaz. Les résultats obtenus sont comparés avec des données expérimentales issues d'une campagne d'essais réalisée sur un béton du projet MACENA, et l'influence de l'endommagement dans les perméabilités relatives est caractérisée. Références: [1]KHADDOUR, Fadi (2014). ?Amélioration de la production de gaz des «Tight Gas Reservoirs»?. Thèse de doct. Pau. [2]KHADDOUR, Fadi, David GRÉGOIRE et Gilles PIJAUDIER-CABOT (2015). ?Capillary bundle model for the computation of the apparent permeability from pore size distributions?.In:European journal of environmental and civil engineering 19.2,p.168?183. [3]KLINKENBERG,LJ et al. (1941). ?The permeability of porous media to liquids and gases?.In:Drilling and production practice.American Petroleum Institute. [4]VAN GENUCHTEN,M Th (1980). ?A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils?.In:Soil science society of America journal 44.5,p.892?898

Évolution des propriétés de transfert du béton et maîtrise du confinement d’une enceinte nucléaire en accident

L’accident de Fukushima a démontré qu’aujourd’hui encore, malgré les progrès déjà réalisésdans le domaine de la sûreté nucléaire, une interruption prolongée du circuit de refroidissement primaire du réacteur (plusieurs semaines ici) était possible. La France s’est par conséquent vue contrainte de réévaluer le niveau de sûreté de ses centrales. Plus spécifiquement, le cas le plus défavorable qu’EDF considérait jusqu’alors, qui consistait en un arrêt total du système de refroidissement primaire de 24h, a été réévalué à deux semaines. Ce changement d’échelle temporelle a introduit des problématiques de fluage, d’évolution hygrométrique du béton ainsi que de flux de vapeur – celle-ci transportant les radionucléides – jusque-là laissées de côté. De ces considérations est né le projet ANR/RSNR MACENA (MAîtrise du Confinement d’une ENceinte en Accident), qui vise à évaluer le confinement d’une enceinte soumise à une température de 180°C et à une pression de 5 bar pendant deux semaines. Ce travail s’inscrit dans la lignée de celui entamé par Khaddour [2014] dans le but de parvenir à une meilleure prédiction des propriétés de transport des milieux poreux en se basant uniquement sur une caractérisation indirecte, la distribution des tailles de pore obtenue grâce à la technique de porosimétrie par intrusion de mercure. Si l’aptitude du modèle initial à estimer correctement les perméabilités intrinsèques a été confirmée sur des matériaux représentant une large gamme de perméabilités, il n’était pas, en l’état, capable de prédire les perméabilités relatives au gaz et au liquide. C’est pourquoi une approche dite redistributive a été développée, laquelle a montré de bons résultats sur diverses PSD. Enfin, un nouveau modèle a été développé pour essayer de s’affranchir de cette approche tout en améliorant la capacité à déterminer les perméabilités relatives. Bien qu’efficace sur des PSD monomodales, étroites ou larges, il a montré ses limites sur une PSD réelle bimodale. En parallèle, une étude de faisabilité a exhibé la possibilité de suivre un front de saturation à l’intérieur d’un matériau poreux, ce qui permettrait à terme de valider l’inclusion d’autres phénomènes dans le modèle, liés notamment à la pression de perçage.The Fukushima catastrophe that struck Japan in 2011 demonstrated that despite significant progress in the field of nuclear safety a prolonged reactor primary cooling circuit breakdown was possible (several weeks in this specific case). With 4 nuclear power plants located on its shoreline, France therefore needed to reassess the safety level of its facilities. More specifically, the worst case scenario considered up until that point by EdF — which consisted in a 24h breakdown of the primary cooling system — was revised up to two weeks. This time-scale shift induced creep, drying and vapour flow problems previously left aside. Thus came to be the ANR/RSNR MACENA (MAîtrise du Confinement d’une ENceinte en Accident) project, which aims at bettering the tightness assessment of a nuclear containment vessel submitted to a temperature of 180°C and to a pressure of 5 bar for two weeks. This work falls in line with that initiated by Khaddour [2014], who set out to better predict porous materials’ transport properties based solely on an indirect characterisation of their topology, namely Pore Size Distribution (PSD) which is obtained via an experimental technique called Mercury Intrusion Porosimetry (MIP). The initial model’s ability to correctly estimate intrinsic permeabilities was confirmed on several different materials whose intrinsic permeabilities span several orders of magnitude. However, it was not fit to accurately account for gas and liquid relative permeabilities. This led to the introduction of a so-called redistributive approach, which yielded better results on various PSD and corresponding experimental datasets. Finally, a new model was developed to try and avoid said approach while bettering relative permeability predictions. Although it behaved well with monomodal pore size distributions, be they wide or narrow, it fell short when applied to a real bimodal PSD. In parallel, an experimental feasibility study demonstrated the possibility of tracking a saturation front within a porous material, which should ultimately allow for the implementation of several other phenomena into the model, linked among others to breakthrough capillary pressure

Upscaling (un)saturated transport properties in porous materials from pore size distributions

International audienc

Hierarchical modelling of the permeability and relative permeability of concrete subjected to cracking

International audienc

Predicting the permeability and relative permeability of concrete

International audienc

A new model for estimating fluid transfer properties of cementitious materials

International audienc

Intrinsic, apparent and relative permeability estimation of cementitious materials based on pore size distributions

International audienc

Fracture, deformation, and fluid-solid coupled effects in porous quasi-brittle materials

International audienc