Etude théorique des effets de la porosité sur le transfert couplé de chaleur et de masse lors d’une opération de stockage de l’énergie solaire dans un sol non saturé

Abstract

La description des mécanismes de transfert de masse et/ou de chaleur dans les milieux poreux revêt d'un intérêt pratique particulièrement important compte tenu du grand nombre de situations naturelles ou industrielles, comme par exemple le domaine pétrolier, l’extraction du pétrole, le séchage ou l’hydratation des produits. En génie de l’environnement, le transfert couplé trouve toute son importance, des techniques de réhabilitation des sols contaminés par des liquides font appel à des méthodes thermiques notamment dans le cas du stockage des déchets radioactifs.Un autre domaine où le transfert couplé trouve une application centrale est la géothermie, que se soit au niveau de l’exploitation de l’énergie thermique, du stockage de l’énergie thermique dans le sol, ou la géothermie des nappes souterraines. L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier numériquement le phénomène de la convection double diffusive dans une cavité carrée remplie par un milieu poreux. Les parois verticales latérales de la cavité sont maintenues à des températures et concentrations différentes et constantes. Tandisque les parois horizontales de l’enceinte sont supposées rigides, imperméables et adiabatiques. L’extension de Brinkman-Forchheimer de la loi de Darcy a été adoptée pour décrire le mouvement du fluide au sein de la matrice poreuse. Les équations de continuité, de mouvement, d'énergie et de masse sont résolues numériquement à l’aide d’un logiciel de calcul basé sur la méthode des volumes finis. Les résultats numériques de notre étude sont en bon accord avec ceux trouvés dans la littérature. Une série de calculs numériques est menée pour analyser l’influence des différents paramètres de contrôle sur les processus de transfert, tels que, le nombre de Rayleigh thermique Ra, le nombre de Darcy Da, et (particulièrement la porosité ε), pour aussi bien le cas de transfert convective thermique pure que le cas du transfert convectifbidiffusif. Dans les simulations, nous avons fait varier la porosité, le nombre de Darcy (𝐷𝑎), et le nombre de Rayleigh Ra. Les résultats obtenus montrent que les valeurs les plus élevées des nombres moyens de Nusselt et Sherwood correspondent aux valeurs les plus élevées de Ra, ε, et Da. Mots clé : convection naturelle thermique et bidiffusive, milieu poreux, extension de la loi de Darcy, volumes finies.