Couplage Multi Phénomènes André Menjoz - BRGM Laurent Loth - Andra

1. Couplage Multi Phénomènes André Menjoz - BRGM Laurent Loth - Andra

2. Périmètres • Méthodologie et résolution numérique des couplages de phénomènes non linéaires couplés ayant des dynamiques avec différentes échelles de temps très contrastées • Couplage chimie - thermique - hydraulique - mécanique • couplages des échelles micro et macroscopiques • Méthodes numériques • splitting d’opérateurs • adaptation aux différentes constantes de temps • parallélisation

3. Besoins (1/6) • Un constat • Phénoménologie complexe • Plusieurs niveaux de représentation • calcul phénoménologique (compréhension) • calcul de performances (évaluation de l ’importance respective des phénomènes, dimensionnement, sûreté, …) • Incertitudes sur les modèles et leurs paramètres La simulation multi phénomènes est indispensable pour rendre compte du comportement dans des échelles de temps hors du champ de l’expérience

4. Besoins (2/6) • Modéliser • Décrire l’ensemble des processus thermique, hydraulique, mécanique, chimique et radiologique • capitalisation des connaissances sur les composants • restituer le comportement sur toute la durée de vie • Évaluer l’impact radiologique et toxique • relâchement et transfert des radionucléides et des toxiques chimiques • scénario d’évolution normale (référence) • scénario d’évolution altérée Disposer des outils • modèles • algorithmes

5. T H M C Tr R Échauffement Refroidissement Équilibre thermique Désaturation Resaturation Écoulement en milieu saturé Décharge Convergence argilites Dégradation ouvrages Stabilité  mécanique Oxydation Retour à un milieu réducteur Altération des composants Équilibre chimique Début relâchement Transport stockage Transport milieu géologique 0 102 103 104 105 106 Années Besoins (3/6) • Exemple : évolution d’une zone de stockage

6. Besoins (4/6) • Exemple : écoulement et transport de soluté • Processus d’altération des Argilites • perturbation alcaline et oxydante • interaction avec les aciers au carbone • perturbation thermique • Processus de dégradation des composants artificiels • béton  perturbation par l’eau, les produits de dégradation des colis, la thermique • argile gonflante  idem argilite • métaux  corrosion • verre, bitûme  dissolution aqueuse • remblais  idem argilite • Processus de relâchement et de transferts des radio éléments et des toxiques chimiques

7. T (ans) Équilibre chimique eau-argilite 0 Composition de l'eau déterminée par le milieu Relâchement, transport RN en non saturé 100-1000 H : écoulements convergents C : consommation d’O2 résiduel et équilibre avec minéraux altérés Condition non saturée Eau modifiée au contact du béton Relâchement, transport RN en non saturé 1000-10000 H : écoulements convergents C : interaction avec le béton Eau modifiée au contact du béton Relâchement, transport RN en non saturé H : écoulements convergents C : interaction avec béton et acier Perturbation alcaline Relâchement, transport RN en saturé 10000-50000 • Modélisation « simplifiée » (T)HC béton, colis, et argilites, • en condition non saturé • dégradation des bétons • corrosion des aciers • perturbation alcaline • relâchement et transfert RN et toxiques H : convection diffusion C : interaction avec le béton Condition saturée >50000 Modélisation couplée HC béton, colis, argilites en condition saturé Couplage par conditions aux limites Mécanique Mécanique Besoins (5/6) • Exemple : évolution d’une alvéole de déchet B

8. Besoins (6/6) • Simuler • analyser les problèmes • choisir le bon niveau de représentation • mettre en oeuvre les couplages • algorithmes efficaces et robustes • codes ouverts • bibliothèques de solveurs • valider • tests et solution de référence • benchmark • confrontation avec des résultats expérimentaux • évaluation de l’erreur • Identification des domaines associés aux phénomènes

9. Actions en cours/prévues (1/3) • Stratégie • Analyse phénoménologique • modèles de référence : modélisation des phénomènes caractéristiques de situations de stockage ou d’entreposage et ses mises en œuvre dans l’environnement de simulation • identification des couplages, des caractéristiques spatiales et temporelles • recensement des outils • Développement d ’une plate-forme de modélisation et simulation permettant l ’intégration de composants et leur couplage • Mise en œuvre progressive et maîtrisée de la complexité des modélisations ALLIANCES : Atelier LogicieL d’Intégration, d’ANalyse et de Conception pour l’Entreposage et le Stockage

10. Actions en cours/prévues (2/3) • Capacité d’ALLIANCES 1.2 • hydraulique saturée ou non, transitoire • transport • chimie à l’équilibre • échange d’ions • phénomène Redox • précipitation dissolution • complexation de surface • sorption • transport-chimie (saturée isotherme) • modèle de comportement des colis • gestion des études Utilisation d’ALLIANCES pour la préparation et la réalisation des calculs de sûreté 2004

11. Actions en cours/prévues (3/3) • ALLIANCES 2, 3, … • transport insaturé • transport réactif • transport en milieu insaturé • chimie • enrichissement de la phénoménologie (colmatage par exemple) • prise en compte de la température • rétroaction sur la porosité • thermique • mécanique • couplage thermo hydro mécanique • couplage du colis et du milieu environnant • thermo aéraulique

12. Perspectives • Capitalisation des modélisations et des outils dans ALLIANCES • Enrichissement de la phénoménologie • Étude de la réversibilité du stockage Et un jour Le couplage T - H - M - C - R