Simuler l'altération du verre dans son environnement: développement d'un module autonome pour le couplage avec les codes de transport réactif. //.

Topic description

Cette thèse en collaboration entre CEA et Andra s'inscrit dans un contexte de besoin croissant en
simulation multi-matériaux (verre, fer, argile, béton) ou les scénarios de stockage à CIGEO imposent
de concevoir des outils interopérables, capables d'évoluer de manière indépendante des codes de
transport, tout en garantissant la cohérence des échanges d'informations entre les différents
domaines physiques.
2. Objectifs scientifiques et techniques
La thèse vise à concevoir, implémenter et valider un module autonome (Module Verre, MV) dédié à
la prédiction de l'altération du verre, fondé sur le modèle GRAAL2 et interfaçable avec un ou
plusieurs CTR de références disponible au laboratoire (HYTEC, CRUCNH, PHREEQC).
L'objectif est double :
1. Renforcer l'indépendance logicielle du modèle afin de garantir sa pérennité et sa
portabilité. Concevoir le MV comme un module autonome permettra de s'affranchir de la
dépendance aux environnements de calcul externes, de faciliter sa validation, sa diffusion et
son évolution au sein de la communauté scientifique, et d'augmenter la maîtrise par le CEA
et L'Andra de la trajectoire de développement du modèle.
2. Faciliter le couplage multi-physique dans les simulations de stockage intégrées. Le MV sera
conçu pour s'interfacer facilement avec un ou plusieurs CTR et autres modules dédiés à la
corrosion ou aux interactions multi-matériaux : cette souplesse est essentielle pour simuler
l'ensemble des barrières du stockage géologique (verre, fer, béton, argile), garantir la
cohérence des calculs et s'adapter rapidement aux nouvelles exigences scientifiques ou aux
évolutions du stockage (CIGEO, benchmarking international, scénarios extrêmes).
Les grands axes de travail sont :
• (i) Conception et développement du MV : élaboration d'un coeur de calcul autonome
capable de déterminer la cinétique de dissolution du verre et la formation/dissolution des
phases du gel en fonction des conditions hydrogéochimiques locales. Une première phase
de spécification fonctionnelle permettra de bien définir le périmètre de compétence, le
niveau d'autonomie et la flexibilité souhaité pour ce module. Il se basera sur les lois de
GRAAL2 et sera conçu de manière progressive et flexible.
• (ii) Développement du coupleur avec les codes de transport réactif : définition de
l'algorithme de couplage, du protocole d'échange des données entre le MV et le CTR
(concentrations, pH, surface, flux), choix du mode de pilotage temporel et mise en oeuvre
d'une interface générique assurant la compatibilité avec un ou plusieurs CTR. Ce travail
s'appuiera sur une comparaison et une analyse des différentes techniques de couplages
numériques afin d'évaluer leur pertinence. L'étudiant investiguera aussi le pilotage temporel
adaptatif pour gérer la diversité des échelles de temps (phases de l'altération du verre et
transport par le CTR).
• (iii) Validation numérique et évaluation des performances : la validation du module et de
son couplage ne se limitera pas à une vérification logicielle. Des jeux de test seront conçus
allant de configurations idéalisées (verre pur, solution pure, géométries simples) à des cas de
complexité croissante, jusqu'à des configurations proches du réel (1D-2D, multi-barrières,
influence d'autres matériaux) permettant la compréhension des mécanismes couplés. La
confrontation entre résultats simulés et expérimentaux guidera l'identification des limites du
fonctionnement du MV et de ses modalités d'interactions avec le CTR.
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Début de la thèse : 01/10/

Funding category

Funding further details

Financement d'un établissement public Français