Remédiation assistée des aquifères par tensioactifs

Cette thèse s’intéresse à la remédiation des milieux poreux contaminés par des hydrocarbures légers non miscibles à l’eau (LNAPL), au moyen d’une solution aqueuse de tensioactifs mixtes associant des composés non ioniques et anioniques. Elle combine une approche expérimentale, basée sur l’imagerie par résonance magnétique (IRM) non invasive, à un cadre de modélisation numérique avancée, afin d’analyser les mécanismes de déplacement diphasique immiscible à l’échelle du réservoir. L’étude expérimentale a été menée sur des échantillons verticaux de milieux poreux saturés en LNAPL, en comparant un lessivage classique à l’eau avec une remédiation améliorée par tensioactifs (SER) reposant sur l’injection d’un système mixte de tensioactifs (MSS). L’IRM a permis d’observer in situ la distribution multiphasique et la dynamique de déplacement des fluides, dans des milieux poreux hydrophiles qu’hydrophobes, et ce sous conditions de saturation complète ou partielle en LNAPL. Ces expériences ont fourni une visualisation directe de la propagation des fronts de déplacement, des instabilités capillaires et de la redistribution des contaminants résiduels. Les résultats ont montré que l’injection de MSS améliore significativement les processus de mobilisation et de solubilisation, entraînant une réduction substantielle de la saturation résiduelle en LNAPL, avec des effets plus prononcés dans le milieu hydrophobe. La partie théorique de la thèse porte sur l’élaboration d’un modèle mathématique généralisé décrivant l’écoulement diphasique immiscible isotherme dans un système à trois composants (eau–LNAPL–MSS). Le modèle intègre de façon cohérente les effets combinés des forces visqueuses, capillaires et gravitationnelles, tout en tenant compte des phénomènes d’adsorption, des transferts de masse interfaciale et des modifications de la mouillabilité. Un schéma numérique d’ordre élevé a été conçu et mis en œuvre à partir d’une reconstruction polynomiale par morceaux, combinant les méthodes TVD et ENO/WENO. Cette approche permet une résolution précise, monotone et non oscillatoire des fronts de saturation abrupts et des régimes d’écoulement complexes, surmontant ainsi les limites des schémas classiques de type upwind du premier ordre. Dans ce cadre de modélisation numérique, une analyse paramétrique du nombre capillaire, du nombre gravitationnel et du nombre de Peclet a été conduite afin d’évaluer leur influence conjointe sur le comportement de l’écoulement diphasique. Les résultats ont montré le rôle déterminant des phénomènes de digitations capillaires dans la réduction de la contamination résiduelle. Ces simulations numériques ont en outre été validées par les données expérimentales obtenues par IRM, confirmant la robustesse du modèle développé et fournissant une base solide pour l’analyse prédictive des procédés de SER. L’originalité de ce travail réside dans l’intégration d’investigations expérimentales par IRM à une modélisation théorique. Pour la première fois, l’écoulement diphasique immiscible d’un système à trois composants incluant le MSS a été étudié sous différentes conditions de saturation initiale. La méthodologie développée apporte un éclairage nouveau sur les mécanismes de mobilisation et de solubilisation, sur les modifications de la mouillabilité ainsi que sur rôle des paramètres adimensionnels dans la détermination de l’efficacité des processus de déplacement. Les résultats de cette thèse apportent une contribution significative à l’optimisation des technologies de remédiation des aquifères contaminés par les LNAPL, en démontrant l’efficacité du MSS pour réduire la contamination résiduelle et surmonter les phénomènes de piégeage. En outre, le schéma numérique d’ordre élevé développé ouvre la voie à des simulations à l’échelle du réservoir, élargissant ainsi le champ d’application de cette recherche à d’autres problématiques environnementales, telles que la dépollution des sols et le stockage du dioxyde de carbone.