• Langue : Anglais
• Discipline : Génie civil
• Identifiant : 2025ULILN048
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 09/12/2025

Résumé en langue originale

L'écoulement des fluides dans les milieux poreux est fondamental pour un large éventail d'applications géoscientifiques et industrielles, notamment la circulation des eaux souterraines, la récupération d'énergie et le stockage géologique. Un défi majeur dans la compréhension du comportement de l'écoulement réside dans la complexité intrinsèque des structures poreuses naturelles, où de multiples caractéristiques morphologiques — telles que la porosité, la distribution des pores et la rugosité de surface — sont fortement couplées. Afin de démêler ces effets, cette étude développe un cadre systématique intégrant la modélisation géométrique, l'investigation expérimentale et la simulation numérique.Dans un premier temps, des géométries de milieux poreux présentant des caractéristiques morphologiques contrôlées ont été générées à l'aide d'ensembles d'excursion de champs aléatoires corrélés de Matérn, permettant une manipulation précise de la rugosité des pores, de la porosité et de l'aléa spatial de la distribution des pores. Ces structures ont été caractérisées par des descripteurs morphologiques tels que la dimension fractale, la surface spécifique, la tortuosité et la connectivité, qui ont ensuite été reliés à l'estimation de la perméabilité. Dans un deuxième temps, l'impression 3D par stéréolithographie a été utilisée pour fabriquer des échantillons physiques, suivie d'une caractérisation par micro-tomographie aux rayons X (micro-CT) et d'expériences d'écoulement afin de mesurer la perméabilité. Enfin, des simulations par la méthode de Boltzmann sur réseau ont été effectuées pour calculer la perméabilité à l'intérieur des géométries numériques, permettant une comparaison directe avec les résultats expérimentaux et les prédictions basées sur les descripteurs morphologiques.Cette approche intégrée apporte de nouvelles perspectives sur le rôle de la morphologie à l'échelle des pores dans le contrôle de l'écoulement et du transport dans les milieux poreux, et établit une plateforme polyvalente reliant modèles géométriques, expériences physiques et dynamique numérique des fluides.

Résumé traduit

Fluid flow in porous media is fundamental to a wide range of geoscientific and engineering applications, including groundwater circulation, energy recovery, and geological storage. A major challenge in understanding flow behavior lies in the intrinsic complexity of natural porous structures, where multiple morphological features—such as porosity, pore distribution, and surface roughness—are strongly coupled. To disentangle these effects, this study develops a systematic framework that integratesgeometric modeling, experimental investigation, and numerical simulation.First, porous media geometries with controlled morphological characteristics were generated using excursion sets of Matérn-correlated random fields, enabling precise manipulation of pore roughness, porosity, and spatial randomness. These structures were characterized by morphological descriptors including fractal dimension, surface area, tortuosity, and connectivity, which were further linked to permeability estimation. Second, stereolithography-based 3D printing was employed to fabricate physical samples, followed by micro-computed tomography (micro-CT) characterization and fluid flow experiments to measure permeability. Finally, lattice Boltzmann simulations were conducted to compute permeability within the digital geometries, allowing direct comparison with both experimental results and morphology-based predictions.This integrated approach provides new insights into the role of pore-scale morphology in controlling flow and transport in porous media, and establishes a versatile platform for bridging geometric models, physical experiments, and computational fluid dynamics.