Simulation du transport réactif dans un milieu poreux fracturé

Frédéric N. Ghogomu

Les modèles numériques de transport réactif sont de plus en plus très sollicités pour l'évaluation et le développement des nouvelles techniques de restauration des sites contaminés. Très peu de ces modèles de transport considèrent explicitement la nature fracturée de la formation géologique. Un nouveau modèle a été développé. Ce modèle est une extension de deux modèles existants (FRAC3DVS, Therrien et Sudicky, 1996 et TBC Schäfer et al., 1998). Il utilise une technique d'éléments finis de contrôle de volume pour résoudre des équations tridimensionnelles de l'écoulement et du transport et considère la migration de plusieurs espèces chimiques dissoutes dans un milieu poreux comportant des fractures discrètes. Les espèces réactives transportées peuvent subir des réactions chimiques d'équilibre ou des réactions chimiques cinétiques. Les lois d'action de masse pour chaque réaction chimique et de la conservation de masse pour chaque composante chimique de base sont utilisées pour la résolution chimique. Le système d'équations algébriques non linéaires provenant du modèle de la spéciation chimique est résolu en utilisant la technique de Newton-Raphson et une procédure séquentielle itérative permet le couplage des équations du transport physique et chimique.

Le modèle a été vérifié sur des modèles en colonne traitant des multiples réactions chimiques d'équilibre. Ce modèle quantifie fidèlement les processus réactifs dans un aquifère fracturé. L'exemple d'illustration
traitant l'évolution des fronts de dissolution/précipitation de la calcite, la dolomie et le gypse dans un milieu à fracturation discrète montre que les fronts de réactions progressent de la fracture vers la matrice poreuse. La
topologie de la géométrie de fronts de réaction dans une fracture présentée par Steefel et Lichtner (1998a) reste aussi valable dans le cadre d'un réseau de fractures. La zone de dissolution ou de précipitation se forme
autour d'une fracture active et devient importante pour des forces de diffusion ou de la porosité de matrice plus grandes.

Le modèle est un outil de simulation flexible car permet à l'usager de spécifier une possibilité non limitée de réactions chimiques. Il vise particulièrement l'hydrogéologie environnementale mais peut aussi avoir des
applications dans plusieurs domains de la géoscience.