REACTIONS CHIMIQUES
5.2 – EXPERIENCE DE CONTROLE
5.2 – EXPERIENCE DE CONTROLE
Avant de procéder aux expériences avec réaction chimique, une expérience de contrôle sans réaction a été effectuée afin d'estimer l'étendue possible de la zone de mélange, et de vérifier que les lignes de mesure les plus externes (i.e., x = –7,5 cm et x = 7,5 cm) sont situées dans les réactifs purs, et les lignes internes (i.e., x = –2,5 cm et x = 2,5 cm) dans la zone de mélange / réaction. Le principe est d'établir un écoulement stationnaire de fluide, puis d'injecter un petit volume de solution saturée de chlorure de sodium dans un des deux réservoirs amont, l'étude des différences de potentiel sur les quatre séries longitudinales d'électrodes de mesure permettant alors d'estimer la pénétration transverse du sel (i.e., selon l'axe x) dans la zone d'écoulement du fluide primaire.
Une circulation d'eau déionisée à teneur en chlorure de sodium, de conductivité 3,5 mS.m–1 (2,8.10–4 mol.L–1 ou 16,2 mg.L–1) et de pH neutre a donc été établie, sous un gradient hydraulique
imposé de 7,72 %. Au bout de 111 minutes, 2,5 cm3 de solution saturée de NaCl (892,5 mg ou 15,3.10–3 mol) ont été ajoutés dans le réservoir B–, dont la conductivité passe à 136 mS.m–1 (1,08.10–2 mol.L–1 ou 628,8 mg.L–1).
Figure 5.2. Différences de potentiel par rapport à la référence pour l'expérience de contrôle,
réduites de leur valeur moyenne sur le temps pré-injection. a et b: séries longitudinales dans la zone liée à l'injection de chlorure de sodium (liée au réservoir B–, x = –7,5 cm et x = –2,5 cm); c et d: séries longitudinales dans la zone liée à la circulation d'eau déionisée pure (liée au réservoir B+, x = 2,5 cm et x = 7,5 cm) (voir figure 5.1). Courbes noires: électrodes de mesure à y = 26 cm; bleues: à y = 19 cm; vertes: à y = 12 cm; rouges: à y = 5 cm. Barre verticale I: temps d'injection; barres 26, 19, 12, 5: temps de passage théorique du front salin aux électrodes dans l'hypothèse unidimensionnelle à y = 26, 19, 12 et 5 cm respectivement; barre A: temps d'arrivée théorique dans le réservoir aval. La réponse est de type advectif (a et b; voir section 4.2.2). Le sel contamine rapidement la zone située au-delà du plan médian (c), mais n'atteint le bord opposé que tardivement (d).
Conformément aux résultats de la section 4.2.2, les différences de potentiel entre électrodes de mesure et référence (figure 5.2.a et b) et les différences de potentiel locales (figure 5.3.a et b) montrent une réponse de type advectif dans la zone de transport du sel (i.e., x < 0) liée au réservoir d'injection B–, à savoir sur les lignes x = –7,5 cm et x = –2,5 cm. Les temps d'arrivée effectifs des
fronts décroissent lorsque l'on s'éloigne de la zone de sel, ce qui s'explique par un transport transverse. La ligne x = 2,5 cm est très rapidement "contaminée", et à forte concentration, l'amplitude des différences de potentiel y étant comparable à celle dans la zone d'advection x < 0 (figures 5.2.c et 5.3.c). La ligne la plus éloignée de la zone de sel est atteinte avec un grand retard, et à des concentrations moindres (figures 5.2.d et 5.3.d). Ce mouvement transverse est également parfaitement signé sur les différences de potentiel locales transverses (figure 5.4): la largeur des pics augmente avec la distance à la zone liée au réservoir d'injection de sel, ce qui traduit une diminution de la vitesse de progression transverse avec la distance.
Figure 5.3. Différences de potentiel locales pour l'expérience de contrôle, réduites de leur valeur
moyenne sur le temps pré-injection. a et b: séries longitudinales dans la zone liée à l'injection de chlorure de sodium (liée au réservoir B–, x = –7,5 cm et x = –2,5 cm); c et d: séries longitudinales dans la zone liée à la circulation d'eau déionisée pure (liée au réservoir B+, x = 2,5 cm et x = 7,5 cm) (voir figure 5.1).
Courbes noires: différences de potentiel entre les électrodes à y = 26 cm et y = 19 cm; bleues: à y = 19 cm
et y = 12 cm; vertes: à y = 12 cm et y = 5 cm; rouges: à y = 5 cm et la référence. Barre verticale I: temps d'injection; barres 26, 19, 12, 5: temps de passage théorique du front salin aux électrodes dans l'hypothèse unidimensionnelle à y = 26, 19, 12 et 5 cm respectivement; barre A: temps d'arrivée théorique dans le réservoir aval. La réponse est de type advectif (a et b; voir section 4.2.2). Le sel contamine rapidement la zone située au-delà du plan médian (c), mais n'atteint le bord opposé que tardivement (d).
Le débit était de 33,7 cm3 par minute (vitesse de Darcy 7,16.10–2 cm par minute). Les temps d'arrivée calculés dans l'hypothèse de transport unidimensionnel (137 minutes pour y = 26 cm, 172 minutes pour y = 19 cm, 208 minutes pour y = 12 cm, 244 minutes pour y = 5 cm et 270 minutes pour l'aval) ne sont en accord que de manière grossière avec les temps observés: le mouvement transverse du sel, et donc le caractère bidimensionnel du transport, ne sont pas négligeables.
Figure 5.4. Différences de potentiel locales transverses pour l'expérience de contrôle, réduites de leur
valeur moyenne sur le temps pré-injection. a: différences transverses dans la zone liée au réservoir B–
(injection de sel) (x = –7,5 cm – x = –2,5 cm); b: différences transverses au travers du plan médian entre les deux zones (x = –2,5 cm – x = 2,5 cm); c: différences transverses dans la zone liée au réservoir B+ (x = 2,5 cm – x = 7,5 cm) (voir figure 5.1). Courbes noires: électrodes à y = 26 cm; bleues: à y = 19 cm;
vertes: à y = 12 cm; rouges: à y = 5 cm. Barre verticale I: temps d'injection; barres 26, 19, 12, 5: temps
de passage théorique du front salin aux électrodes dans l'hypothèse unidimensionnelle à y = 26, 19, 12 et 5 cm respectivement; barre A: temps d'arrivée théorique dans le réservoir aval. La largeur des pics augmente avec la distance à la zone liée au réservoir B–, ce qui traduit la diminution de la vitesse de progression transverse avec la distance.
Les différences de potentiel modélisées, en supposant le transport 1D (section 4.2.3.a) et avec un coefficient de correction Gα de 2,75.ϕ, expliquent assez bien le début du signal observé
dans la zone x < 0 (comparer les figures 5.5.c et d avec les figures 5.2.a et 5.3.a), avant l'arrivée du sel dans le réservoir aval et la perturbation de la référence. Les différences de potentiel locales modélisées (figure 5.5.d), sur lesquelles la perturbation de l'électrode de référence n'influe pas, correspondent assez bien aux observations (figure 5.4.a, b et c).
Figure 5.5. Modélisation 1D pour l'expérience de contrôle. a: variations du potentiel électrocinétique; b: différences de potentiel de jonction (Gα = 2,75.ϕ); c: différences de potentiel totales; d: différences de potentiel totales locales (voir section 4.2.3.a). a, b, c: courbes noires: électrodes de mesure à y = 26 cm;
bleues: à y = 19 cm; vertes: à y = 12 cm; rouges: à y = 5 cm; référence dans le bac aval. d: courbes noires:
différences de potentiel entre les électrodes à y = 26 cm et y = 19 cm; bleues: à y = 19 cm et y = 12 cm;
vertes: à y = 12 cm et y = 5 cm; rouges: à y = 5 cm et la référence. Seule la partie des courbes
correspondant aux temps inférieurs au temps d'arrivée dans le réservoir aval (i.e., 270 minutes) sont comparables avec les courbes des figures 5.2 et 5.3, le modèle ne prenant pas en compte les perturbations de l'électrode de référence résultant de l'arrivée de sel dans le réservoir aval.
Cette expérience de contrôle montre donc bien l'existence d'une zone de mélange étendue, et justifie des positions choisies pour les quatre séries longitudinales d'électrodes de mesure.