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Reactive Transport and Mixing in Heterogeneous Media: Chemical Random Walks under Local Non-equilibrium

Description du projet

Modélisation du transport réactif dans les milieux poreux hétérogènes à de multiples échelles

Il s’avère essentiel de comprendre et de modéliser le transport réactif dans les milieux poreux pour prévoir les réactions biogéochimiques à l’échelle du terrain, ces dernières jouant un rôle clé dans les problèmes environnementaux actuels tels que la gestion des ressources en eau et la séquestration du dioxyde de carbone. Saisir la dynamique des processus couplés de mélange de solutés et de réactions chimiques dans des milieux poreux hétérogènes à plusieurs échelles spatiales constitue un défi scientifique majeur. Financé dans le cadre du programme Marie Skłodowska-Curie, le projet ChemicalWalks s’attaquera à ce problème en couplant pour la première fois la théorie lamellaire du mélange et le modèle chimique des marches aléatoires en temps continu pour la cinétique des réactions dans des conditions de mélange incomplet.

Objectif

Understanding and modelling reactive transport in porous media is fundamental to predicting field-scale biogeochemical reactions, which play a key role in current environmental issues such as water resources management and carbon dioxide sequestration. A major scientific challenge is to capture the dynamics of coupled solute mixing and reaction processes in the context of multiscale heterogeneity, which characterise most natural porous media. In particular, the impact of pore-scale mixing on large- (Darcy-)scale reactive transport is a critical scientific question. ChemicalWalks addresses this question by coupling for the first time the lamella theory of mixing, developed by the host supervisor, and the chemical CTRW model for reaction kinetics under incomplete mixing, recently developed by the ER. While the lamella theory has successfully quantified mixing processes and fluid-fluid reactions at pore scale, its application to fluid-solid reactions, which are ubiquitous in natural systems, remains to be explored. The key idea of ChemicalWalks is to use the lamella theory to determine how pore-scale concentration distributions control the distribution of fluid-solid reaction rates, and formalize a predictive theory for upscaled reaction kinetics through the chemical CTRW framework (WP1). The complementary expertise of the researcher and the host will ensure a particularly efficient two-way transfer of knowledge to achieve this goal. This will open the door to the development of a hybrid computational method, quantifying the effect of pore-scale mixing on Darcy-scale reactive transport phenomena at a scale relevant to environmental applications (WP2). ChemicalWalks will be firmly rooted on a career development plan and supported by scientific training in state-of-the-art mixing theories and data processing and interpretation techniques, placing the fellow at the forefront of reactive transport modelling.

Régime de financement

MSCA-IF-EF-ST - Standard EF

Coordinateur

UNIVERSITE DE RENNES I
Contribution nette de l'UE
€ 184 707,84
Adresse
RUE DU THABOR 2
35065 RENNES CEDEX
France

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Région
Bretagne Bretagne Ille-et-Vilaine
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 184 707,84