InterFrost Project Phase 2: Updated experiment design for validation of Cryohydrogeological codes (Frozen Inclusion)

Christophe Grenier (), F. Costard (), Hauke Anbergen, Victor Bense, Quentin Chanzy, Ethan Coon, Nathaniel Collier, Michel Ferry, Andrew Frampton, Jennifer Frederick, Julio Goncalves (), Johann Holmén, Anne Jost (), Samuel Kokh (), Barret Kurylyk, Jeffrey Mckenzie, John Molson, Emmanuel Mouche, Laurent Orgogozo, Romain Pannetier, Eric Pohl, Agnès Rivière (), Wolfram Rühaak, Johanna Scheidegger, Jan-Olof Selroos, Rene Therrien, Patrik Vidstrand and Clifford Voss
Additional contact information
Christophe Grenier: LSCE - Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] - UVSQ - Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines - INSU - CNRS - Institut national des sciences de l'Univers - Université Paris-Saclay - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique - DRF (CEA) - Direction de Recherche Fondamentale (CEA) - CEA - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
F. Costard: GEOPS - Géosciences Paris Sud - UP11 - Université Paris-Sud - Paris 11 - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique
Hauke Anbergen: APS Antriebs-, Prüf- und Steuertechnik GmbH,
Victor Bense: School of Environmental Sciences [Norwich] - UEA - University of East Anglia [Norwich]
Quentin Chanzy: LMD - Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) - INSU - CNRS - Institut national des sciences de l'Univers - X - École polytechnique - IP Paris - Institut Polytechnique de Paris - ENPC - École nationale des ponts et chaussées - SU - Sorbonne Université - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique - Département des Géosciences - ENS-PSL - ENS-PSL - École normale supérieure - Paris - PSL - Université Paris Sciences et Lettres
Ethan Coon: LANL - Los Alamos National Laboratory
Nathaniel Collier: CCSI - Climate Change Science Institute [Oak Ridge] - ORNL - Oak Ridge National Laboratory [Oak Ridge] - UT-Battelle, LLC
Michel Ferry: LPMM - Laboratoire de physique et mécanique des matériaux - UPVM - Université Paul Verlaine - Metz - INPL - Institut National Polytechnique de Lorraine - ENIM - Ecole Nationale d'Ingénieurs de Metz - UL - Université de Lorraine - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique
Andrew Frampton: Department of Physical Geography and Quaternary Geology - Stockholm University
Jennifer Frederick: Division of Hydrologic Sciences - DRI - Desert Research Institute
Julio Goncalves: CEREGE - Centre Européen de Recherche et d'Enseignement des Géosciences de l'Environnement - IRD - Institut de Recherche pour le Développement - INRA - Institut National de la Recherche Agronomique - AMU - Aix Marseille Université - CdF (institution) - Collège de France - INSU - CNRS - Institut national des sciences de l'Univers - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique
Johann Holmén: Golder Associates Kapellgränd 7, 11625 Stockholm, Sweden
Anne Jost: SISYPHE - Structure et fonctionnement des systèmes hydriques continentaux - UPMC - Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 - EPHE - École Pratique des Hautes Études - PSL - Université Paris Sciences et Lettres - Mines Paris - PSL (École nationale supérieure des mines de Paris) - PSL - Université Paris Sciences et Lettres - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique
Samuel Kokh: MDLS - Maison de la Simulation - UVSQ - Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines - Inria - Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique - CEA - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives - Université Paris-Saclay - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique
Barret Kurylyk: CWRS - Centre dor Water Resources Studies [Halifax] - Dalhousie University [Halifax]
Jeffrey Mckenzie: EPS - Department of Earth and Planetary Sciences [Montréal] - McGill University = Université McGill [Montréal, Canada]
John Molson: ULaval - Université Laval [Québec]
Emmanuel Mouche: LSCE - Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] - UVSQ - Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines - INSU - CNRS - Institut national des sciences de l'Univers - Université Paris-Saclay - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique - DRF (CEA) - Direction de Recherche Fondamentale (CEA) - CEA - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
Laurent Orgogozo: GET - Géosciences Environnement Toulouse - IRD - Institut de Recherche pour le Développement - UT3 - Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT - Université de Toulouse - INSU - CNRS - Institut national des sciences de l'Univers - OMP - Observatoire Midi-Pyrénées - IRD - Institut de Recherche pour le Développement - UT3 - Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT - Université de Toulouse - INSU - CNRS - Institut national des sciences de l'Univers - CNES - Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique - Météo-France - CNES - Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique
Romain Pannetier: Technocentre Renault [Guyancourt] - RENAULT
Eric Pohl: LSCE - Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] - UVSQ - Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines - INSU - CNRS - Institut national des sciences de l'Univers - Université Paris-Saclay - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique - DRF (CEA) - Direction de Recherche Fondamentale (CEA) - CEA - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
Agnès Rivière: PSL - Université Paris Sciences et Lettres, Mines Paris - PSL (École nationale supérieure des mines de Paris) - PSL - Université Paris Sciences et Lettres, GEOSCIENCES - Centre de Géosciences - Mines Paris - PSL (École nationale supérieure des mines de Paris) - PSL - Université Paris Sciences et Lettres
Wolfram Rühaak: TU Darmstadt - Technische Universität Darmstadt - Technical University of Darmstadt
Johanna Scheidegger: BGS - British Geological Survey
Jan-Olof Selroos: Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Company
Rene Therrien: Département de géologie et de génie géologique, Université Laval, 1065 avenue de la Médecine, Québec, Canada, G1V - ULaval - Université Laval [Québec]
Patrik Vidstrand: Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Company
Clifford Voss: USGS - United States Geological Survey [Reston]

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Abstract: Recent field and modelling studies indicate that a fully-coupled, multi-dimensional, thermo-hydraulic (TH) approach is required to accurately model the evolution of permafrost-impacted landscapes and groundwater systems. However, the relatively new and complex numerical codes being developed for coupled non-linear freeze-thaw systems require validation. This issue was first addressed within the InterFrost IPA Action Group, by means of an intercomparison of thirteen numerical codes for two-dimensional TH test cases (TH2 & TH3). The main results (cf. Grenier et al. 2018 and wiki.lsce.ipsl.fr/interfrost) demonstrate that these codes provide robust results for the test cases considered. The second phase of the InterFrost project is devoted to the simulation of a cold-room reference experiment based on test case TH2 (Frozen Inclusion). In a first implementation phase of the experimental setup, the initial frozen inclusion was inserted in the setup prior to the complete filling of the porous medium and the flow initiation. The thermal evolution of the system was monitored by thermistors located at the center of the initial inclusion and along the downgradient centerline. This setup provided optimal conditions to control the initial experiment geometries but resulted in slight differences in the initialization time for different experiments. We present a second implementation strategy that considers "in place" generation of an initial frozen inclusion through a cooling coil. The initial frozen inclusion is obtained after the initial cooling time and its initial thermal state is measured by means of an array of thermistors. In a second step, the flow is initiated, and the thermal evolution is monitored through an array of 11 thermistors (within the initial position and downgradient). The experimental setup and monitoring results as well as preliminary simulation results are presented. Derived results and conclusions from this exercise form the basis for the next phase within the InterFrost validation exercise. Grenier, C. et al. 2018. Groundwater flow and heat transport for systems undergoing freeze-thaw: Inter-comparison of numerical simulators for 2D test cases.

Date: 2019-04-07
References: Add references at CitEc
Citations:

Published in EGU General Assembly 2019, Apr 2019, Vienne (AUT), France. pp.15194, ⟨10.5194/egusphere-egu2020-4865⟩

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DOI: 10.5194/egusphere-egu2020-4865

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