Kinetic modeling of polyurethane pyrolysis using non-isothermal thermogravimetric analysis

International audienceThe pyrolysis of polyurethane was studied by dynamic thermogravimetry analysis (TGA). Thestudied polyurethane is used as organic binder in casting process to make sand cores and molds. Asemi-empirical model is presented that can be used to describe polyurethane pyrolysis occurringduring TGA experiments. This model assumes that the polyurethane is pyrolysed by severalparallel independent reactions. The kinetic parameters of polyurethane pyrolysis were evaluatedby fitting the model to the experimental data obtained by TGA over a wide variety of heatingrates. A nonlinear least-squares optimization method is employed in the fitting procedure. Ahybrid objectives based simultaneously on the mass (TG) and mass loss rate (DTG) curves hasbeen used in the least-squares method. The values of the activation energy obtained by the nonlinearfitting were then recalculated by the methods of Kissinger and Friedmand. Furthermore,the parameters obtained in the present paper were then compared with those reported in theliterature

Geothermal contribution to the energy mix of a heating network when using Aquifer Thermal Energy Storage: modeling and application to the Paris basin

International audienceAquifer Thermal Energy Storage (ATES) is a promising solution for reducing the time mismatch between energy production and demand in urban environments, and recent successful experiences suggest that technical issues can be overcome. The Paris area is a priori a favorable region, since there is locally a surplus of heat production during the summer, an appropriate geological reservoir and both existing and projected district heating networks. This article focuses on a remaining issue: estimating the geothermal contribution to the energy mix of a district heating network over time when using an ATES. This result would then enable estimating the fuel cost savings obtained by avoiding the consumption of expensive energies during the winter retrieval. This work considers an ATES made of two reversible wells reaching the Dogger aquifer and providing energy to a new low-temperature district heating network heating 7,500 housing-equivalents. Non-geothermal energy sources with fluctuating prices over time are used for winter peak demand and for summer heat storage. The temperature of brine unloading at the hot and cold wells is simulated and the adequacy of this geothermal system to meet the load is studied in order to evaluate the time dependent energy mix of the network. Results suggest that in average over the 30 years of operation, the ATES delivers 54 GWh per year to the heating system, i.e. a power of 9.5 MW during the 34 unloading winter weeks. The geothermal energy share in the energy mix is 70%, higher than the 50% possible with a conventional geothermal doublet. The ratio of energy delivered by the ATES divided by energy spent for storage reaches 143%, and is only slightly reduced to 137% when the cold storage is located on an existing cold plume created by past geothermal energy operations

Chlorinated solvents transport and natural attenuation modeling in groundwater

International audienceThe purpose of this study is to compare natural attenuation models to predict transport and fate of chlorinated solvents in saturated groundwater Systems. This work was realised within the framework of the research program TRANSPOL. This program was created in order to bring a better and common practice of the use of transport models concerning various pollutants the most encountered. Real case study, Real Case 3, concerns chlorinated solvents fate and transport in groundwater

Improvement of the solute transfer in a conceptual unsaturated zone scheme : a case study of the Seine River Basin

International audienceFor predicting the evolution of solute concentrations in groundwater and testing the impact of remediation policies, a coupling between the agronomical model STICS and the hydrogeological model MODCOU was implemented. Applied to the Seine river basin, this model represents accurately the temporal evolution of average nitrate concentrations in the aquifer, but with large local errors. We propose an improvement of the simple unsaturated zone scheme NonsatSW used in STICS-MODCOU. The modifications are based on a comparison with the mechanistic model Metis considered as a reference as it solves Richards'equation. A more realistic saturation profile and a varying percolation rate are integrated in NonsatSW. This new model, named NonsatVG, is assessed by a comparison with NonsatSW and Metis. In an ideal case, NonsatVG generates a solute transfer and a dispersion closer to that of Metis than NonsatSW. In real cases, without additional calibration, NonsatVG and Metis simulate better the average transfer velocities of the observed nitrate profiles. Furthermore, modifications in NonsatVG give a direct link between the water table depth and the saturation profile. We obtain therefore, as in Metis, an evolution of the solute transfer velocity depending on the piezometric level. These dynamics are not simulated in NonsatSW. Despite a modified water transfer through the unsaturated zone, NonsatVG is also as valid as NonsatSW in the modelling of water transfer to the saturated zone. Finally, an application on the Seine basin show that solute transfer velocities are lower with NonsatVG than with NonsatSW, but in better agreement with literature

Hydraulic and thermal impact modelling at the scale of the geothermal heating doublet in the Paris Basin, France

13 pagesInternational audienceThe Paris Basin is extensively developed for the geothermal district heating (GDH) of approximately 150 000 dwellings. As of late 2010, thirty four GDH systems apply the doublet concept in the Paris suburban area and mine the heat of the Dogger reservoir, a limestone formation of Mid-Jurassic age at depths ranging from 1500 to 2000 m. As the brine is fully reinjected, cold water bodies progressively invade the reservoir around injector wells inducing both thermal and hydraulic interactions at the doublet scale. The premature production well cooling and the sustainable development of the resource highlight two critical parameters, the thermal breakthrough time (tB) and the extent of the cooled fluid bubble(S) respectively. First, a set of benchtest simulations was launched to compare the sensitivities of tB and S parameters to selected reservoir conceptual model typologies. These simulations were applied on a GDH doublet undergoing a suspected thermal breakthrough. Five reservoir modelling teams validated their “in house” simulations by (i) checking an analytical (Gringarten-Sauty, 1979) solution, and (ii) testing three candidate reservoir structures on the doublet considered remotely located (i.e. not interfering with nearby exploitations) for a first step. The outcome resulted in a rewarding insight into the variability of simulation outputs. An additional segment will enable the actors to compare their modelling expertise on the same doublet considered in interaction with the other GDH operations located in its environment. Second, BRGM carried out a survey towards various rehabilitation schemes (a new doublet or a triplet) and their contribution toward sustainability standards. From a hypothetical, twenty five year life, doublet simulation, an initial hydraulic/temperature field was derived. Then, several new well locations were simulated and isotherms, alongside production well cooling kinetics, compared accordingly. A two-stage rehabilitation scheme, i.e. triplet then a new doublet, seems to reconcile the resource longevity and the economic demand. Further work is required to compare the different designs with a method integrating both the impact of the geothermal exploitation on the resource and the lifetime of the exploitation in a single mathematical factor

Noble gas thermometry and hydrologic ages: Evidence for late Holocene warming in Southwest Texas

Peer Reviewedhttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/95048/1/grl17739.pd

HYDROGEOBAT : Impacts géologiques et géotechniques des mouvements de nappes phréatiques sur le bâti: analyse, mesure, simulation, prévention. Rapport final

285 p.En contexte de plaine alluviale, l'hydrodynamique des nappes d'eau souterraines joue un rôle important dans le processus d'inondation. De plus, dans un environnement urbain, les conditions d'occupation du sous-sol : parkings souterrains, galeries diverses, etc. modifient considérablement les conditions d'écoulement, constituant généralement des obstacles. Le principal objectif du projet HYDROGEOBAT a été l'analyse des divers impacts géotechniques sur les constructions (fondations de bâtiments et ouvrages souterrains) qui résultent de fluctuations des niveaux piézométriques, spécialement en contexte d'inondation. Les applications réalisées concernent la ville de Paris. La méthodologie mise en oeuvre, de caractère transdisciplinaire, peut être décrite en cinq étapes. Dans une première étape, une synthèse portant sur les différents processus impliqués dans les interactions entre eaux souterraines et ouvrages a été réalisée. Les processus sont, par exemple, les impacts des fluctuations de niveaux piézométriques sur les caractéristiques physico-chimiques, hydro-mécaniques et géotechniques des sols, la modification de la stabilité interne de matériaux granulaires soumis aux forces d'écoulement, le gonflement ou le retrait de sols argileux, la réactivation de fontis, etc. Dans une deuxième étape, on a choisi un ensemble de situations types dans Paris, avec des contextes variés sur le plan géologique et hydrogéologique, et sur le type de structures souterraines, leurs positions par rapport à la Seine et leurs interactions avec les eaux souterraines. Puis, dans une troisième étape, des simulations numériques hydrogéologiques variées, prenant en compte diverses conditions hydrauliques aux limites, différents scénarios de crue, différentes positions de structures souterraines, ont été réalisées grâce à plusieurs types d'outils de modélisation. L'objectif a été d'analyser les réponses de systèmes hydrogéologiques (incluant les modifications anthropiques des aquifères, telles que des obstacles représentés par des structures linéaires : galeries et tunnels) à différentes sollicitations hydrauliques associées à des contextes de crue. Des analyses paramétriques ont permis de souligner le rôle des conditions aux limites, l'influence des aménagements souterrains, les interactions entre le contexte géologique originel et les modifications apportées par l'homme. Les résultats des approches hydrogéologiques ont été utilisés pour les simulations géomécaniques dans une quatrième étape. Ces simulations numériques ont permis d'illustrer les conséquences sur le plan mécanique des fluctuations de niveaux piézométriques dans un environnement urbain, en contexte de crue. Puis, dans une cinquième étape, les analyses et mesures d'impacts passés sur les constructions, en rapport avec des situations de crue, ont été étudiés grâce aux techniques interférométriques radar. Les faibles déplacements de surface ont été mesurés par l'interférométrie différentielle radar satellitaire DinSar et l'interférométrie PSI (Persistent Scatterer Interferometry). Pour cette application, des images SAR d'archive sélectionnées pour différentes dates depuis 1992 ont été utilisées, mais la technique PSI est apparue la plus intéressante compte tenu de la présence de nombreux réflecteurs radar en milieu urbain. Les données hydrogéologiques fournies par IGC-Ville-de-Paris ont été utilisées pour l'analyse des différents résultats obtenus soit par les simulations numériques, soit par les techniques interférométriques. Finalement, le projet HYDROGEOBAT a permis d'étudier plusieurs facettes du sujet, très ouvert, concernant les impacts des mouvements de nappes phréatiques sur le bâti. Les rôles et les limites de la modélisation ont été précisés au travers de différentes approches. Le champ d'application des techniques interférométriques (méthode PSI) pour les mesures des faibles déplacements a été cerné. Quelques difficultés qu'il convient de surmonter doivent être soulignées : 1) un réseau piézométrique de qualité, renforcé par rapport à l'actuel, est nécessaire à Paris et en banlieue ; 2) une base de données relative aux éléments naturels et artificiels constituant le sous-sol de Paris doit être élaborée sous SIG ; 3) un modèle hydrogéologique de Paris et sa banlieue, plus élaboré, est nécessaire ; 4) de nouveaux instruments satellitaires bientôt disponibles devraient permettre d'améliorer notre analyse des faibles déplacements au sol, en rapport spécialement avec les mouvements de nappe phréatique. Ainsi, le projet HYDROGEOBAT a permis d'apporter une contribution aux objectifs annoncés et d'améliorer de ce fait nos techniques de prévention concernant le risque d'inondation. L'approche pluridisciplinaire a permis de renforcer le savoir-faire des équipes concernées qui prévoient de poursuivre cette coopération

Excess air in the noble gas groundwater paleothermometer: A new model based on diffusion in the gas phase

Peer Reviewedhttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/95411/1/grl24964.pd

Calibration of regional groundwater flow models: Working toward a better understanding of site‐specific systems

Peer Reviewedhttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/95491/1/wrcr9512.pd

Large‐scale hydraulic conductivities inferred from three‐dimensional groundwater flow and 4 He transport modeling in the Carrizo aquifer, Texas

Peer Reviewedhttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/94983/1/jgrb14187.pd