Etude expérimentale et numérique de la dissolution d’un polluant hydrocarboné dans un milieu poreux hétérogène

Le travail présenté traite de la dissolution d'un solvant partiellement miscible dans l'eau en milieu poreux hétérogène saturé. Une étude expérimentale réalisée à la fois sur des milieux poreux microscopiquement et macroscopiquement hétérogènes met en évidence des phénomènes de non équilibre local. Une interprétation numérique des données expérimentales est ensuite décrite

Experimental evidence of the double-porosity effects in geomaterials

International audienceDouble-porosity is an important characteristic of microstructure in a large range of geomaterials. It designs porous media with connected fissures/fractures or aggregated soils. The origin of double-porosity can be natural or/and it can result from mechanical, chemical or biological damage. The presence of double-porosity can significantly affect the behaviour of geomaterials. In this paper we provide an experimental evidence of the double-porosity effects by performing laboratory experiments. Series of tracer dispersion experiments (in saturated and unsaturated steady-state water flow conditions) in a physical model of double-porosity geomaterial were carried out. For the comparative purposes , experiments of the same type were also performed in a single-porosity model medium. The results clearly showed that the double-porosity microstructure leads to the non-Fickian behaviour of the tracer (early breakthrough and long tail) in both saturated and unsaturated cases

Étude expérimentale de la dissolution d'un mélange TCE+PCE dans un milieu poreux hétérogène

Le contexte général de notre étude concerne le développement de panaches de pollutions provoqués par la dissolution de solvants hydrocarbonés dans des nappes aquifères. De nombreuses études, tant expérimentales que numériques et théoriques, traitent de la dissolution de polluants organiques, mono constituants, dans des milieux poreux homogènes. Peu d’études sont consacrées au cas multi constituant. L’objectif de notre étude, expérimentale dans un premier temps, est de considérer un mélange de deux constituants hydrocarbonés dans des milieux poreux homogènes et hétérogènes. Les deux polluants considérés sont le TCE et le PCE, les milieux poreux homogènes sont des grès et des sables, le milieu poreux hétérogène est constitué de couches de sables et de grès alternées dans le sens orthogonal à l’écoulement. Après la mise en place initiale du polluant par drainage, on injecte en continu de l’eau pure en mesurant la concentration en polluant dans les effluents par chromatographie en phase gazeuse. Les résultats ont mis en évidence la dissolution sélective des 2 polluants. On constate, en début d’expérience, une phase d’équilibre locale qui est rapidement suivie d’une phase de non-équilibre local qui dure jusqu’à la fin de la dissolution des polluants. La comparaison des résultats obtenus avec des milieux hétérogènes et des résultats obtenus avec des milieux homogènes met clairement en évidence l’effet des hétérogénéités sur le processus de la dissolution

Pour une politique ambitieuse des données publiques

Ce rapport présente une étude sur la réutilisation des données publiques, menée pour la Délégation aux usages de l’Internet du Ministère de l’Enseignement supérieur et de la Recherche dans le cadre du Master d’Action Publique de l’École des Ponts ParisTech. Il met en perspective la problématique et les enjeux de l’Open Data, propose un état des lieux de la réutilisation des données publiques en France, et dessine trois scénarios prospectifs pour l’évolution future de ce mouvement. Elle présente seize propositions pour une politique nationale ambitieuse d’ouverture et de réutilisation des données publiques. Quatre élèves de l’École des Ponts ParisTech, Pierre-Henri Bertin, Romain Lacombe, François Vauglin et Alice Vieillefosse ont mené cette analyse de septembre 2010 à janvier 2011, en rencontrant les acteurs clés de la réutilisation des données publiques, en prenant part à des colloques internationaux, et en s’appuyant sur la bibliographie existante

Nouvelles approches pour l'évaluation environnementale des biocarburants avancés

L'Analyse de Cycle de Vie (ACV) a été explicitement employée, dans le cadre législatif en Europe et aux Etats-Unis afin de quantifier les bénéfices de filières biocarburants vis-à-vis des objectifs de réduction d'émissions des gaz à effet de serre (GES) et d'indépendance énergétique. Nous investiguons, au cours de cette thèse, la concordance du développement des biocarburants avancés (éthanol lignocellulosique, Biomass to Liquids - BTL, EMHV/HVO à partir de microalgues) avec ces objectifs par le biais de deux travaux indépendants. Le premier est une méta-analyse (synthèse de littérature) des études ACV appliquées aux filières de biocarburants avancés. Dans cette partie de la thèse, en utilisant des méthodes économétriques, nous identifions et quantifions les facteurs qui impactent le plus les résultats d'émissions de GES au long du cycle de vie des produits étudiés et calculons l'intervalle de confiance pour ces résultats. Le deuxième travail est une ACV conséquentielle et prospective illustrée par une étude de cas concernant l'introduction du BTL en France. Nous avons adapté un modèle prospectif de type TIMES pour la réalisation d'évaluations environnementales. De cette façon, nous prenons en compte des mécanismes économiques à l'origine d'impacts sur d'autres systèmes de la production de biocarburants. Ainsi, nous contribuons aux développements méthodologiques autour de l'ACV conséquentielle et prospective avec des discussions sur la définition de l'unité fonctionnelle, la définition des frontières du système, l'inclusion d'aspects dynamiques dans la caractérisation d'impacts, l'utilisation de scénarios (différents contextes politiques et économiques) et la réalisation des analyses de sensibilité sur les frontières du système pour mettre en évidence les limites du modèle utilisé.Life Cycle Assessment (LCA) has been used in legislative texts in Europe and in the United States to quantify the benefits of biofuel production in terms of greenhouse gas (GHG) emissions reductions and energy security. In this thesis, we propose two independent approaches to investigate the compliance of advanced biofuels (cellulosic ethanol, Biomass to liquids - BTL, microalgae FAME/HVO) production with these objectives. The first one is a meta- analysis (literature synthesis) of LCA studies concerning advanced biofuels. Using econometric methods, we are able to identify and quantify the main factors impacting GHG emission LCA results. Also, we estimate a confidence interval for these results for each type of advanced biofuel in question. The second part of this work is a consequential and prospective LCA illustrated by a case study about the introduction of BTL technology in France. A long-term TIMES-type energy model was adapted for environmental evaluations in order to capture impacts occurring in affected systems through economic mechanisms. We contribute, with this work, for a proper systematization of consequential and prospective LCA. We discuss the functional unit and system boundaries definitions, the use of dynamic impact characterization factors, the use of scenarios (different political and economical contexts) and the exploration of the system's boundaries to bring attention to the limits of the model employed.PARIS-Arts et Métiers (751132303) / SudocSudocFranceF

Some Investigations on the role of microparticles on the low salinity process

Several papers dealing with laboratory experiments or field operations confirm that, in some circumstances, low salinity waterflooding improves oil recovery. However, the basic mechanisms explaining the oil recovery improvement are not clearly established. The literature points out several hypotheses, among them is the role of clay particles detachment and migration. Experiments using an intermediate-wet clayey sandstone were first performed showing an oil recovery increment when the injected brine salinity was reduced. SEM observations on native and flushed cores show the differences of pore surfaces before and after the low salinity waterflooding and the peculiar role of clay particles. Following this trail, in a second set of experiments we investigated the role of microparticles on the formation and stability of brine/oil emulsions when the salinity is changed. For that, we used calibrated latex particles negatively charged and several oils (mineral, crude and a blend of the two). Emulsion samples were observed using an optical microscope to determine their droplet size distributions and interface structures. The macroscopic stability of the emulsions was also investigated. The results show that the particle wettability, which is related to its surface charge and brine salinity, plays a central role. For high salinity the particles are hydrophobic and migrate toward the brine/oil interface forming a stable emulsion known as “Pickering emulsion”. For low salinity the particles are hydrophilic and the emulsion is not stable. In a third step the same latex particles were deposited in an artificial consolidated porous medium prior to two phase flow experiments. Our results show that even if no recovery improvement is observed, colloidal particles are recovered at the outlet when low salinity waterflooding is performed. The additional oil recovery during a low salinity brine injection is not a direct consequence of the particles mobilization but involves several mechanisms such as rock and brine composition, particle and oil nature, wettability, …. A thorough analysis of all these mechanisms calls upon further studies.Collaboration avec TOTA

Some Investigations on the role of microparticles on the low salinity process

Several papers dealing with laboratory experiments or field operations confirm that, in some circumstances, low salinity waterflooding improves oil recovery. However, the basic mechanisms explaining the oil recovery improvement are not clearly established. The literature points out several hypotheses, among them is the role of clay particles detachment and migration. Experiments using an intermediate-wet clayey sandstone were first performed showing an oil recovery increment when the injected brine salinity was reduced. SEM observations on native and flushed cores show the differences of pore surfaces before and after the low salinity waterflooding and the peculiar role of clay particles. Following this trail, in a second set of experiments we investigated the role of microparticles on the formation and stability of brine/oil emulsions when the salinity is changed. For that, we used calibrated latex particles negatively charged and several oils (mineral, crude and a blend of the two). Emulsion samples were observed using an optical microscope to determine their droplet size distributions and interface structures. The macroscopic stability of the emulsions was also investigated. The results show that the particle wettability, which is related to its surface charge and brine salinity, plays a central role. For high salinity the particles are hydrophobic and migrate toward the brine/oil interface forming a stable emulsion known as “Pickering emulsion”. For low salinity the particles are hydrophilic and the emulsion is not stable. In a third step the same latex particles were deposited in an artificial consolidated porous medium prior to two phase flow experiments. Our results show that even if no recovery improvement is observed, colloidal particles are recovered at the outlet when low salinity waterflooding is performed. The additional oil recovery during a low salinity brine injection is not a direct consequence of the particles mobilization but involves several mechanisms such as rock and brine composition, particle and oil nature, wettability, …. A thorough analysis of all these mechanisms calls upon further studies.Collaboration avec TOTA

Méthodologies d'analyse environnementale des filières bioénergie (approches par analyse de cycle de vie et nouvelles approches spatiales)

Cette thèse vise à fournir des bases d informations et des outils qui font actuellement défaut dans l analyse environnementale des filières biocarburant, en particulier dans l analyse de cycle de vie (ACV). Ce travail comprend deux volets complémentaires. Le premier volet s intéresse aux filières biocarburants à l échelle internationale. Une étude descriptive permet de définir le système PEC (Production, Elaboration, Consommation) pour représenter ces filières. Dans cette représentation, un outil de reconstitution des filières basé sur les flux d échanges internationaux en bioproduits est développé. Appliqué aux consommations de biodiesel de l Union Européenne (UE), cet outil montre que les surfaces agricoles mobilisées au sein l UE passent de 72% du total en 2004 à 24 % en 2009. Les surfaces agricoles distantes (hors UE) sont à la fois mobilisées par importations de bioproduits (22 à 46%) et à travers les importations directes de biodiesel (0 à 40%). Cet outil produit des matrices d allocations d impacts basées sur les consommations nationales, utiles pour l ACV. Le deuxième volet s'intéresse aux zones de production de matières premières en considérant une échelle locale afin d intégrer leurs hétérogénéités spatiales et leurs spécificités territoriales. Les zones de production sont localisées dans les principaux pays producteurs approvisionnant les filières biocarburants de l UE. L examen de ces situations de production permet d identifier la nature des impacts locaux in situ et d en analyser la criticité en fonction du contexte national et territorial. Des approches spatialisées à partir de Systèmes d Information Géographique (SIG) sont appliquées aux filières bioéthanol au Brésil. Ces approches aboutissent à la caractérisation des zones d emprises dues aux unités de bioéthanol au Brésil, ainsi qu à la mesure d indicateurs propres aux différents bassins de production identifiés (stabilité spatiotemporelle de l expansion de la canne à sucre). La compréhension des structurations et des interactions à l échelle des filières couplée à la mise en œuvre d approches spatialisées conduit à mieux prendre en compte les aspects spatiaux prépondérants dans l analyse environnementale et les études ACV des biocarburants consommés en Europe.This work aims to provide informations and tools that are currently lacking in the environmental analysis of biofuels, especially in the life cycle analysis (LCA). This work includes two complementary parts. The first part focuses on biofuels supply chains at international scale. A descriptive study allows us to define the PEC system (Production, Elaboration, Consumption) to represent these supply chains. A tool is developed to describe and quantify PEC entities from biofuel consumption to areas of primary crops production. This tool is applied to biodiesel consumption in the EU using bioproducts flows data taken from international trade databases. It shows that biodiesel consumption involves a rapidly growing contribution of crop areas outside the EU (Non-EU), increasing from 28% in 2004 to 76% in 2009. Non-EU crop areas are indeed simultaneously mobilised through imports of bioproducts (22-46%) and through direct imports of biodiesel (0-40%). This tool eventually produces allocation matrices, based on national consumption, which are useful for LCA. The second part focuses on primary crops areas by considering a local level in order to integrate their spatial heterogeneities and territorial specificities. Primary crop areas in major producing countries supplying EU's biofuel consumptions are localised. Examination of the production situation in important countries allows to identify the nature of in situ local impacts and to study criticality of impacts in the national and territorial context. Then, spatial approaches based on Geographic Information Systems (GIS) are applied to bioethanol industries in Brazil. In this approach, about 620 ethanol plants in Brazil are localised using GIS and their supply areas are characterised. This leads to the measurement of specific indicators, such as spatiotemporal patterns of sugarcane expansion. These results are a contribution to the understanding of the structure and interactions among supply chains and to a better consideration of the spatial aspects in environmental analysis and LCA studies of biofuels consumed in Europe.BORDEAUX1-Bib.electronique (335229901) / SudocSudocFranceF

NAPL disolution in an heterogeneous porous medium: experimental and numerical study

This study deals with the dissolution of a NAPL trapped in a water saturated heterogeneous porous medium (stratified medium with flow normal to the strata). The experimental study consists in injecting pure water in a stratified porous medium made of five strata of two different porous media wherein a pollutant (TCE) has been trapped under capillary forces. Pollutant concentration in effluent water is measured using a gas chromatography device, while local saturation is measured using a gamma ray attenuation apparatus. The experimental data show a slow dissolution of the pollutant at a concentration lower than the equilibrium concentration. This typical non equilibrium is attributed to the macroscopic heterogeneity of the porous medium and to the microscopic heterogeneity of the strata. A numerical study has been performed to analyse the experimental data. The non equilibrium physical model solved numerically allows a satisfactory description of the experimental data using correlations for the mass exchange coefficient of each medium similar to those reported in the literature. The macroscopic modelisation of dissolution in the stratified formation using the “equivalent homogeneous medium” approach has been explored. Although, a very good agreement between experimental and numerical data is observed using a macroscopic non-equilibirum model with adjusted effective properties, direct estimation of these properties remains rather complex