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Technical Report NTB 00-10
SANTA-CHEM A Nagra-JNC co-developed hyperalkaline water-rock interaction code Code description and applications
L'objectif principal du code SANTA-CHEM a été le développement d'un code dans lequel le système chimique doit être défini complètement dans les fichiers d'entrée, à l'aide d'un ensemble d'espèces et de réactions minérales. L'idée est qu'en fournissant un effort supplémentaire au stade de la description du système chimique, les problèmes de propagation d'information inadéquate (les "rubbish in" engendrant des "rubbish out") pourraient être évités. On avait aussi l'espoir que cela aiderait les utilisateurs à acquérir une meilleure compréhension et un meilleur jugement sur le plan chimique. On visait de plus à convivialité et à la simplicité des entrées, afin de rendre le code directement utilisable, en particulier pour des calculs de projection qui nécessitent souvent des séquences répétitives de calculs avec seulement des changements mineurs dans les données d'entrée.
Un autre objectif était d'obtenir un code couplant la chimie et le transport dans lequel le système chimique soit prioritaire par rapport à un simple système de transport, afin de permettre l'exploration des aspects chimiques sans subir la lourdeur d'un modèle de transport complexe et gourmand en temps.
Le modèle de transport calcule un écoulement convectif unidimentionnel avec diffusion. Il est important de préciser les points suivants:
- L'écoulement est supposé avoir lieu dans les fissures;
- La porosité de la roche est supposée être confinée aux fissures, donc
- La porosité de matrice de la roche est ignorée;
- Une vitesse de Darcy initiale est spécifiée par l'utilisateur, ainsi que le gradient hydraulique;
- La vitesse de Darcy peut être définie comme fixe pour un calcul (mais ceci peut engendrer des vitesses de particules trop grandes, irréalistes, si la porosité devient petite) ou variable en fonction de la porosité;
- La dispersion hydrodynamique n'est pas incluse dans la version actuelle de SANTA-CHEM;
- Dans la version actuelle de SANTA-CHEM, pour des raison de simplicité, le même coefficient de diffusion est supposé s'appliquer à toutes les espèces diffusantes.
Le modèle chimique est construit sur la base des composants, des espèces (aqueuses) et des minéraux; il inclut les aspects suivants:
- Un équilibre instantané est supposé entre tous les composants et les espèces en solution;
- Les réactions de dissolution des minéraux peuvent atteindre l'équilibre en un seul pas de temps ou peuvent être contrôlées par des constantes cinétiques faciles à introduire et permettant d'approcher l'équilibre en plusieurs pas de temps;
- La vitesse des réactions de précipitation des minéraux est supposée suffisamment grande pour qu'elles soient considérées avoir atteint l'équilibre en un seul pas de temps;
- La vitesse de dissolution des minéraux peut être ou non dépendante de la surface;
- Toutes les réactions utilisées dans les calculs, qu'il s'agisse d'espèces aqueuses ou de minéraux, doivent être définies explicitement par l'utilisateur, ainsi que les constantes de stabilité des espèces, les produits de solubilité des minéraux et les constantes cinétiques, où cela est approprié;
- Toutes les réactions sont supposées se dérouler à une température de 25° C;
- La force ionique est calculée par l'équation de Davies généralisée;
- Les réactions minérales et de solutions sont écrites sans que l'eau ne soit incluse. Cela implique que l'activité est toujours égale à 1.0 pour l'eau, et que de l'eau est toujours présente en excès.
Le présent rapport décrit le code SANTA-CHEM avec les équations qui le gouvernent et les solutions techniques appliquées. Les annexes comprennent les descriptions des fichiers d'entrée nécessaires au fonctionnement du programme, les définitions de tous les paramètres d'entrée et des exemples de fichiers de résultats avec des explications, ainsi que des cas de test pour le transport et des exemples de calcul pour les systèmes chimiques.