Développement et utilisation de nanotraceurs pour l'étude du transport de colloïdes en milieu poreux. Expérimentations et Modélisations - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2010

Development and use of nanotracers for studying mechanisms of colloid transport in saturated porous medium. Experimental and modelling aspects

Développement et utilisation de nanotraceurs pour l'étude du transport de colloïdes en milieu poreux. Expérimentations et Modélisations

Résumé

Natural or engineered mobile colloids are suspected to be a threat for the environment. This thesis aimed at better understanding the mechanisms of transport, deposition and remobilization of colloids in natural porous media. These mechanisms depend on colloid, flow and medium properties, which have to be controlled in the experiment. Consequently, we carried out transport experiment with synthetic colloids with controlled properties in natural sand. The tailor synthesized colloids were labelled silica nanoparticles. They were easy to detect, and their size and zeta potential are controlled during the synthesis. They were used in column experiments to determine the influence of colloid size and concentration and solution ionic strength on the retention in natural sand (Hostun). Both breakthrough curves and spatial distributions were measured and analysed. Experiments carried out with nanotracers of various sizes in conditions unfavourable to attachment highlighted a size- and concentration-dependent deposition mechanism. Colloids are assumed to be retained in constrictions or in the surface roughness of sand grains. Colloids are retained until the retention sites are filled and then are further transported. When ionic strength increases, another retention mechanism was identified and is assumed to be caused by electrostatic interactions. The saturation of retention sites was also underlined. A convection-dispersion-equation based modelling with a sink term attending for deposition was used. With a depth- and concentration-dependent deposition rate, the model was able to reproduce the experimental results for the whole input concentration range.
Les colloïdes naturels ou synthétiques peuvent être transportés dans les eaux souterraines et représenter ainsi une menace pour l'environnement. Pour mieux comprendre l'influence des propriétés des colloïdes, de l'écoulement et du milieu poreux sur les mécanismes de transport et de dépôt dans des aquifères, il est nécessaire de découpler les processus en contrôlant expérimentalement un maximum de facteurs. Ainsi, nous avons synthétisés des traceurs de colloïdes qui sont des nanoparticules de silice marquées, facilement détectables, dont les propriétés de surface et de taille sont contrôlées. Ils sont utilisés dans des expériences de transport en colonne pour déterminer l'influence de la taille, de la concentration en particules et de la force ionique de la solution sur le dépôt de colloïdes dans du sable d'Hostun. Les courbes de percée et les profils de dépôt sont mesurés et analysés. Les expériences menées avec des traceurs de différentes tailles en conditions défavorables au dépôt électrostatique ont mis en évidence un mécanisme de dépôt dépendant de la concentration et de la taille des particules. Les sites de dépôt sont supposés être la rugosité de surface des grains de sable et les pores de taille suffisamment petite. Les colloïdes sont retenus dans un volume fini de sites jusqu'à leur saturation. Lorsque la force ionique augmente, le mécanisme de dépôt identifié est lié aux interactions électrostatiques et est également sensible à la concentration en colloïdes. Un modèle avec un terme puits dépendant de la concentration en colloïdes et de la distance parcourue a permis de représenter les résultats expérimentaux sur toute la gamme de concentrations testée.
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Dates et versions

tel-00536043 , version 1 (15-11-2010)
tel-00536043 , version 2 (27-11-2010)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00536043 , version 2

Citer

Elsa Vitorge. Développement et utilisation de nanotraceurs pour l'étude du transport de colloïdes en milieu poreux. Expérimentations et Modélisations. Hydrologie. Université de Grenoble, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00536043v2⟩
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