Technical Report NTB 94-19

Modular Coupling of Transport and Chemistry: Theory and Model Applications

Le couplage des processus chimiques et de transport est nécessaire lors de la description des phénomènes complexes qui se développent dans le champ proche d'un dépôt final pour déchets radioactivs. Les raisons du peu d'usage fait jusqu'ici de modèles couplés dans ce domaine s'expliquent par les énormes durées de calcul et capacités de stockage des ordinateurs nécessaires pour les programmes conventionnels actuels ainsi que par la pénuire de données. Les premières applications du code MCOTAC couplé de façon séquentiell, qui relie le transport advectif, dispersif et diffusif à une dimension avec un modèle d'équilibre chimique de réactions de complexage et de dissolution/précipitation dans un milieu poreux saturé d'eau, permettent de sérieux espoirs quant à son application pour ce type de problèmes. Le transport, décrit par un "random walk" de particules de multiples species, et les calculs d'équilibres chimiques, sont résolus séparément, reliés seulement par une terme d'échange assurant la conservation de la masse. Le code structuré de façon modulaire a été appliqué à trois problèmes: a) la dissolution incongruente de gels de silicates hydratés, b) la dissolution de portlandite et c) la dissolution de·calcite et la précipitation hypothétique de dolomite. Ces essais ont permi une comparaison avec d'autres modèles et leur application. La dissolution incongruente de phases de ciment, importante pour la dégradation de matériaux à base de ciments dans un dépôt final, peut être introduite dans ce modèle sans souffrir des problèmes rencontrés avec un code couplé directment. Le traitement de systèmes de fronts minéraux aigus a nécessité des durées de calcul beaucoup plus courtes par rapport à l'utilisation d'un modèle couplé directment. De façon général on constate une bonne concordance des résultats avec ceux obtenus par d'autres codes de calcul. De plus le concept modulaire choisi pour MCOTAC est plus ouvert à une extension facile du code en ce qui concerne d'autres phénomènes tels que la sorption, des processus contrôlés par la cinétique, des problèmes à plusieurs dimensions ainsi que pour son adaption à nouveaux développements dans le domaine des ordinateurs (hardware et software), ce qui constitue un facteur important pour l'application d'un code.