Description

L'objectif est de traiter spécifiquement de la complexité de la zone non-saturée, lieu d'interface entre l'atmosphère de fonctionnement transitoire à haute fréquence évènementielle versus le milieu souterrain à fonctionnement basse fréquence.
L'introduction des transferts multi-phases est limité au cas "simple" eau – air. La partie plus descriptive sols – zone vadose veut s'appesantir sur les mesures qui permettent d'identifier les propriétés hydrodynamiques. Est également mise en avant, la complexité du réacteur sol en particulier intégrant l'existence et le rôle du compartiment biologique. Enfin, des éléments de modélisation des transferts complexes sont donnés afin de conceptualiser la complexité du système sol et pouvoir y quantifier les flux.

Physique du système.

• Notions de base en physique des sols
• Mesures des paramètres hydrodynamiques d'un système partiellement saturé en eau, infiltrométrie, courbes de rétention capillaire, relations pression capillaire – teneur en eau – perméabilité relative.
• Ecoulement simplifié eau – air avec hypothèse de mobilité infinie de la phase air. Si le temps consacré le permet, évolution du degré de complexité en introduisant deux phases à mobilité finie.

Sols, zone vadose, réacteurs transitoires.

• Géométrie des sols et de la zone vadose, description des phases.
• Eléments minéralogiques constituant les sols.
• Compartiment macro-biologique et bioturbations.
• Réactions dans les sols et aux abords du bol racinaire : spéciation des métaux, oxydo-réduction catalysée, réactions auto-catalytiques, effets osmotiques, ascenseur capillaire…
• Compartiment microbiologique, croissance, fonctionnement et rôle des biofilms.

Transferts complexes.

• Les systèmes multi-porosités (incluan t les milieux fracturés et milieux colonisés (biofilms) et leur représentation homogénéisée). Approche exhaustive, homogénéisation, formalisme mathématique.
• Le transport particulaire. Effets inertiels (équations de Langevin, loi de Darcy transitoire). Effets électriques, électrostatiques et électromagnétiques dans les processus de migration et de rétention.
• Le transport réactif multi-composant. Décomposition canonique en composants primaires et espèces secondaires. Simplification des systèmes et formalismes divers pour la résolution numérique.

The objective is to specifically address the complexity of the unsaturated zone, the interface between the transient high-event-frequency operating atmosphere versus the low-frequency operating subsurface environment.
The introduction of multi-phase transfers is limited to the "simple" water-air case. The more descriptive part soils - vadose zone wants to dwell on the measurements which allow to identify the hydrodynamic properties. The complexity of the soil reactor is also highlighted, in particular integrating the existence and role of the biological compartment. Finally, elements of modeling of complex transfers are given in order to conceptualize the complexity of the soil system and be able to quantify the flows.

Physics of the system

• Basic notions in soil physics
• Measurements of hydrodynamic parameters of a partially water saturated system, infiltrometry, capillary retention curves, capillary pressure - water content - relative permeability relationships.
• Simplified water-air flow with hypothesis of infinite mobility of the air phase. If time permits, evolution of the degree of complexity by introducing two phases with finite mobility.

Soils, vadose zone, transient reactors

• Geometry of the soils and the vadose zone, description of the phases.
• Mineralogical elements constituting th e soils.
• Macro-biological compartment and bioturbations.
• Reactions in soils and in the vicinity of the root bowl: speciation of metals, catalyzed oxidation-reduction, auto-catalytic reactions, osmotic effects, capillary elevator...
• Microbiological compartment, growth, functioning and role of biofilms.

Complextransfers.

• Multiporous systems (including fractured media and colonized media (biofilms) and their homogenized representation). Comprehensive approach, homogenization, mathematical formalism.
• Particulate transport. Inertial effects (Langevin's equations, transient Darcy's law). Electrical, electrostatic and electromagnetic effects in migration and retention processes.
• Multi-component reactive transport. Canonical decomposition into primary components and secondary species. Simplification of systems and various formalisms for numerical solution.