Contaminant transport in fractured porous media

Pascale Royer (1) , Jean-Louis Auriault (1) , Jolanta Lewandowsla (2) , Christophe Serres (3)

1 3SR - Laboratoire sols, solides, structures - risques [Grenoble]
2 LTHE - Laboratoire d'étude des transferts en hydrologie et environnement
3 IPSN - Institut de Protection et Sûreté Nucléaire

This work is aimed towards deriving mathematical models that describe pollutant migration through fractured porous media. A homogenisation method is used, i .e. macroscopic models are rigorously deduced from the physical description which is valid within a Representative Elementary Volume (REV). The fundamental addumption behind homogenisation is the separation of scales which is expressed by : l/L=E<<1. In the present work, l denotes the characteristic size of the REV, i.e. at the fracture’s scale and L is the characteristic macroscopic size. The approach introduced in (Auriault, 1991) is used. This methodology is on the basis of definition and estimation of dimensionless numbers arising from the description at the REV’s scale. It is shown that the macroscopic behaviour strongly depends upon the local transport regime characterised by the Péclet number in the fractures. Four distinct macroscopic models for solute transport in fractured porous media are derived.

Le but de cette étude est de déterminer les modèles mathématiques qui décrivent la migration de polluants en milieux poreux fracturés. On utilise une méthode d’homogénéisation, c’est à dire que les modèles macroscopiques sont rigoureusement déduits de la description physique à l’échelle d’un Volume Elémentaire Représentatif (VER). Pour pouvoir appliquer l’homogénéisation, la condition fondamentale de séparation des échelles doit vérifiée : l/L=E<<1. Dans le cadre de cette étude, l désigne la longueur caractéristique du VER , c’est à dire la taille caractéristique de l’échelle des fractures et L est la taille caractéristique macroscopique. On utilise l’approche introduite dans (Auriault, 1991). Cette méthodologie est basée sur sur la définition puis l’évaluation des nombres adimensionnels issus de la description à l’échelle du VER. On montre que le comportement macroscopique dépend du régime local de transport, lequel est caractérisé par le nombre de Péclet dans les fractures. On obtient quatre modèles macroscopiques de transport de soluté en milieux poreux fracturés.

Mots clés: Solute transport; fractured porous media; homogenisation

Domaines: Mécanique des fluides [physics.class-ph]; Mécanique des solides [physics.class-ph]

Pascale Royer, Jean-Louis Auriault, Jolanta Lewandowsla, Christophe Serres. Contaminant transport in fractured porous media. Studia Geotechnica et Mechanica, 2003, XXV (1-2), pp.171-180. ⟨10.1061/(asce)0733-9372(1996)122:5(416)⟩. ⟨hal-01715854⟩