Le tableau (4.1) r´esume les mat´eriaux ´el´ementaires `a partir desquels ont ´et´e r´ealis´es les solutions et assemblages min´eraux utilis´es pour les exp´eriences.
A partir des produits ´el´ementaires ont ´et´e ´elabor´es les solutions et assemblages min´eraux utilis´es dans les exp´eriences.
4.2.1 Solutions d’injection
Les solutions d’injection d´esignent les solutions inject´ees dans le r´eacteur pendant le d´eroulement des exp´eriences. Elles sont ´elabor´ees `a partir d’eau ultra-pure, d’un ou plusieurs ´el´ements tra- ceurs issus de sels (KCl et/ou NaCl), et d’un acide qui constitue le r´eactif liquide. Selon les cas, l’acide est soit du CO2 dissous, soit un acide fort dilu´e (HNO3 ou HCl).
Les concentrations en ´el´ement traceur K ou Na sont comprises entre 5.10−2et 10−3mol/kg(H2O).
Dans le cas d’une acidification par CO2 dissous, la pression de CO2 impos´ee est selon la
temp´erature de 5 bar ou 8 bar conf´erant `a la solution un pH ≈ 3.5 (cf. Annexe B.2). Dans le cas d’une acidification par acide fort les pH d’injection sont compris entre 1.5 et 3.
4.2.2 Solutions auxiliaires
Les solutions auxiliaires sont utilis´ees pour le rin¸cage des conduites d’´echantillonnage en cours d’exp´erience, et la dilution des ´echantillons pr´elev´es. Elles sont ´elabor´ees `a partir d’eau ultra pure, et, dans le cas o`u une pr´ecipitation est `a craindre en raison de la d´epressurisation lors des pr´el`evements, d’un acide fort dilu´e (HNO3).
La concentration en acide fort est comprise entre 10−1 et 2.5*10−2 mol/kg(H2O).
Des tests peu satisfaisants ont ´et´e effectu´es dans les premi`eres exp´eriences pour inclure un autre ´el´ement traceur dans les solutions auxiliaires (Zn, Cu).
Lorsque aucune pr´ecipitation n’est `a craindre (typiquement pour les exp´eriences r´ealis´ees avec un fluide d’injection acidifi´e autrement que par CO2 dissous), l’eau ultra pure seule est
utilis´ee comme solution auxiliaire.
Enfin, une solution auxiliaire ´elabor´ee `a partir d’eau ultra pure et de KCl ([K]= 10−2 mol/kg(H2O)) est utilis´ee pour le rin¸cage de la cellule de mesure du pH.
4.2.3 Assemblages min´eraux
Le milieu poreux si`ege des r´eactions est compos´e d’un assemblage de grains calibr´es com- prenant du quartz de Fontainebleau et un r´eactif solide.
Matrice inerte
Les grains de quartz sont consid´er´es inertes vis-`a-vis des solutions inject´ees pour les gammes de pression-temp´erature pratiqu´ees.
Ils repr´esentent plus de 90% de la fraction massique du milieu poreux (entre 92% et 98.5%). Ainsi les propri´et´es hydrodynamiques du milieu poreux sont principalement d´etermin´ees par cette fraction, et donc fixes sur la dur´ee de l’exp´erience si la fraction est effectivement inerte. Cette matrice inerte offre aussi l’int´erˆet de permettre un contrˆole sur les masses relatives de min´eral r´eactif et de solutions aqueuses mis en contact par unit´e de longueur dans le dispositif. En “diluant” le min´eral r´eactif dans la matrice inerte, on peut ainsi ´etaler les profils de dissolution attendus, la quantit´e de liquide restant fixe `a ε pr`es.
La classe granulom´etrique utilis´ee pour le quartz, obtenue par tamisage, est comprise entre 160µm et 250µm ce qui lui conf`ere une bonne uniformit´e (coefficient d’uniformit´e d60/d10
inf´erieur `a 2, o`u dp est le diam`etre sup´erieur du premier p-quantile en masse).
R´eactif
Le r´eactif solide est, selon les exp´eriences, de la calcite (CdP ou Lavoux), de la dolomite ou du diopside.
Les classes granulom´etriques utilis´ees pour les r´eactifs sont, soit comprises entre 125µm- 250µm afin de pr´eserver l’homog´en´eit´e du milieu poreux, soit comprises entre 63µm-125µm dans le but de r´ecup´erer sp´ecifiquement cette fraction par tamisage et conduire des analyses sur celle-ci.
Le r´eactif solide repr´esente 1.5% `a 8% de la fraction massique, de sorte qu’il affecte peu le coefficient d’uniformit´e du milieu poreux. La proportion standard est de 4%.
Les r´eactions entre phase aqueuse et phase min´erale ont une influence mineure sur les propri´et´es hydrodynamiques du milieu poreux, en raison des proportions consid´er´ees. Ceci est d’autant vrai que les segments contenant un asssemblage min´eral `a forte proportion de r´eactif sont localis´es `a l’aval du r´eacteur, c’est-`a-dire dans des zones o`u le degr´e d’avancement de la r´eaction (de dissolution) reste faible jusqu’en fin d’exp´erience.
Porosit´e
La porosit´e est ´evalu´ee, en connaissant les masses mmet les masses volumique ρmde chaque
min´eral, par la formule :
Φ(th)= 1 − P
mmm/ρm
Vref
(4.1) o`u Vref est pris ´egal au volume effectif du r´eacteur ou d’une portion unitaire du r´eacteur (tube
cf. 4.3.2).
Les mesures ont ´et´e effectu´ees sur un tube segment de r´eacteur (cf. 4.3.2) de section B = 1.1122 cm2 et de hauteur h = 50 cm, en utilisant un remplissage exclusivement par grains de quartz.
Une masse de 86.8 g de quartz permet de remplir le tube en laissant 1 cm en tˆete de celui-ci (par commodit´e de remplissage) ±0.5 cm (selon la mani`ere dont le sable a ´et´e vibr´e pour ˆetre tass´e). En prenant ρquartz= 2.65 on obtient :
Φ = 0.399 ± 0.006 (4.2)
Sauf changement notable de la masse volumique du min´eral r´eactif (cas du diopside) la masse totale de min´eral est prise ´egale `a 86.8 g pour le remplissage d’un tube. Ceci peut en- gendrer de l´eg`eres variations sur la hauteur r´eelle de la colonne de sable selon qu’une quantit´e plus ou moins importante de min´eral r´eactif est ins´er´ee. Lorsque une fraction granulom´etrique diff´erente de celle du quartz est utilis´ee, ces variation peuvent ˆetre ´egalement accrues et ac- compagn´ees de variations de la porosit´e.
Le volume laiss´e en tˆete de tube est combl´e pour les exp´eriences par une ou plusieurs pi`eces inertes permettant de limiter les volumes o`u le fluide n’est pas en contact avec le r´eactif.