Water and ion diffusion in partially-water saturated compacted kaolinite: role played by vapor-phase diffusion in water mobility
Diffusion d'eau et d'ions dans la kaolinite compactée partiellement saturée en eau : rôle joué par la diffusion en phase vapeur dans la mobilité de l'eau
Résumé
Diffusion is the main transport process of water and solutes in clay-rich porous media owing to their very low permeability, so they are widely used as barriers against contaminant spreading. However, the prediction of contaminant mobility can be very complicated when these media are partially water-saturated. We conducted diffusion experiments for water (HTO and HDO) and ions (22 Na + and 125 I −) through partially water saturated compacted kaolinite, a weakly charged clay material, to quantify the distinct diffusive behavior of these species. The osmosis method was used to set kaolinite samples at 67, 86 and 100% saturation. The results showed that desaturation led to a sharp decrease in diffusive rates by factors of 6.5, 18 and 35 for HTO, 125 I − and 22 Na + , respectively, from 100 to 67% of the degree of saturation. Thus, to interpret water diffusivities, we proposed a model taking into account the diffusion of water in both gas and liquid phases, using diffusion data obtained for ions, considered as inert species. This model was capable of properly predicting water diffusive flux, especially at a low degree of saturation (67% saturation), for which the assumption made for the occurrence of air phase continuity throughout the sample appears to be more relevant than at 86% saturation.
La diffusion est le principal processus de transport de l'eau et des solutés dans les milieux poreux riches en argile en raison de leur très faible perméabilité, ils sont donc largement utilisés comme barrières contre la propagation des contaminants. Cependant, la prédiction de la mobilité des contaminants peut être très compliquée lorsque ces milieux sont partiellement saturés en eau. Nous avons mené des expériences de diffusion pour l'eau (HTO et HDO) et les ions (22 Na + et 125 I −) à travers de la kaolinite compactée partiellement saturée d'eau, un matériau argileux faiblement chargé, pour quantifier le comportement diffusif distinct de ces espèces. La méthode d'osmose a été utilisée pour régler les échantillons de kaolinite à 67, 86 et 100 % de saturation. Les résultats ont montré que la désaturation entraînait une forte diminution des taux de diffusion par des facteurs de 6,5, 18 et 35 pour HTO, 125 I − et 22 Na + , respectivement, de 100 à 67 % du degré de saturation. Ainsi, pour interpréter les diffusivités de l'eau, nous avons proposé un modèle prenant en compte la diffusion de l'eau dans les phases gazeuse et liquide, en utilisant les données de diffusion obtenues pour les ions, considérés comme des espèces inertes. Ce modèle était capable de prédire correctement le flux diffusif de l'eau, en particulier à un faible degré de saturation (67 % de saturation), pour lequel l'hypothèse faite pour l'occurrence de la continuité de la phase de l'air dans tout l'échantillon semble plus pertinente qu'à 86 % de saturation.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)