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SCHÄFER Gerhard

publié le , mis à jour le

Professeur des Universités - UdS


UFR Physique et Ingénierie, spécialité : Mécanique et transferts dans les hydrosystèmes continentaux ;
Responsable du Master SPI (Sciences Pour l’Ingénieur), Faculté de Physique et Ingénierie.

Contact : schafer@unistra.fr
Tél : 03 68 85 03 66

Thèmes de recherche
Mes activités de recherche s’articulent autour de trois domaines de spécialité :
(1) la modélisation mathématique du transport multiphasique multiconstituant en milieu poreux,
(2) l’étude expérimentale et la simulation numérique du transport de fluides non miscibles avec échanges à différentes échelles (colonne de laboratoire, site contrôlé, site réel),
(3) les transferts eau et matières dans les hydrosystèmes continentaux.

Recherches actuelles
Dans le cadre du contrat quinquennal 2013-2017, mes recherches s’inscrivent en grande partie dans la suite du projet R&D « Code Complet » (2005-2010) co-financé par l’ADEME et impliquant l’IMFT et BURGEAP (projet R&D « cubicM »). Elles visent à développer le code de calcul 3D « cubicM » (multiphase, multicomponent & multiprocess). Il est dédié à la modélisation du devenir des polluants organiques dans le milieu souterrain. Outre l’aspect multiphasique, l’originalité du code tient dans des formalismes mathématiques avancés (méthode des lignes pour la discrétisation en temps et la linéarisation, maillage structuré/non structure, schéma à pas de temps adaptatifs,…) qui permettent une description plus fine des processus qui gouvernent le comportement des polluants.
Parallèlement, dans le cadre de la thèse de doctorat de L. Schneider (allocation de recherche 2011-2014), le développement du nouveau formalisme d’écoulement en pression globale (variable fictive somme de la pression d’une des trois phases et de la pression capillaire globale) a été poursuivi, notamment sur l’intégration du terme de gravité (Schneider et al., 2015).
J’ai également poursuivi les recherches initiées lors de la thèse de K. Nsir (2009). Des études en laboratoire sur cuves 2D ont été menées en collaboration avec l‘Institut de Physique du Globe de Strasbourg (IPGS) et l‘Université d‘Oslo portant sur les instabilités visqueuses de fluides non miscibles. Ces recherches ont notamment mis en relief l‘effet des instabilités visqueuses sur la pression capillaire dynamique à l‘échelle macroscopique et l’influence de la condition aux limites semi-perméable à l’eau sur les courbes de pression capillaires (Løvoll et al., 2011 ; Toussaint et al., 2012 ; Moura et al. 2015).
D’autre part, dans le contexte de la dépollution d’effluents teinturiers par l’adsorption sur des argiles naturelles, les recherches de thèse de A. Berez (2015) ont été initiées afin d’étudier l’adsorption (et la désorption) en mode dynamique sur colonne à percolation avec modélisation numérique associée en vue d’une rétention effective des colorants sur les résidus solides (Berez et al., 2014 ; Abidi et al., 2014 ; Berez et al., 2016).

Thèses en cours
Les travaux de thèse en cours concernent les thèmes suivants :
- Etude de la répartition de polluants sous forme d’amas en systèmes biphasiques statiques et dynamiques par techniques acoustiques, de tomographie ultrasonore, de visualisation optique et de simulations numériques. (Monem Ayaz, bourse du Ministère) Co-direction de thèse.
- Etude expérimentale et numérique du transfert hydrique dans la plaine de Sidi Bouzid (Manel Boughanmi, bourse tunisienne et bourse de collaboration franco-tunisienne). Co-tutelle de thèse, Institut Supérieur Agronomique de Chott Mariem, Sousse (Tunisie), Université de Strasbourg.

Parcours de recherche
- 1er février 1985 - 31 mars 1990 : Wissenschaftlicher Assistent (assistant scientifique) à l’Institut für Wasserbau, Lehrstuhl für Hydraulik und Grundwasser, Universität Stuttgart.
- 5 décembre 1990 : soutenance de thèse de doctorat à l’Université de Stuttgart, portant sur “Einfluß von Schichtenstrukturen und lokalen Einlagerungen auf die Längsdispersion in Porengrundwasserleitern” (Influence de structures stratifiées et d’hétérogénéités locales sur la dispersion longitudinale en aquifères poreux).
- 1er juin 1990 - 30 septembre 1991 : Chercheur contractuel (post-doctorat) à l’Institut de Mécanique des Fluides et des Solides UMR 7507 CNRS-ULP (anciennement URA 854), Université Louis Pasteur de Strasbourg.
- 1er Octobre 1991 – 31 Août 2004, Maître de Conférences à l’Université Louis Pasteur Strasbourg, UFR de Sciences Physiques, Institut de Mécanique des Fluides et des Solides UMR 7507 CNRS-ULP.
- 1er Septembre 2000 - 31 Août 2002 : Accueil en délégation au CNRS, section 10 du comité national.
- 29 novembre 2000 : soutenance de l’Habilitation à Diriger des Recherches de l’Université Louis Pasteur Strasbourg. Thème : « Dynamique de fluides non miscibles en milieu poreux : Etude expérimentale et simulation numérique »
- 20 mai 2002 - 31 décembre 2008, Directeur de l’antenne française de Institut Franco-Allemand de Recherche sur l’Environnement (IFARE) à Strasbourg.
Depuis le 1er Septembre 2004, Professeur des Universités à l’Université Louis Pasteur Strasbourg, UFR de Sciences Physiques, spécialité : Mécanique et transferts dans les hydrosystèmes continentaux.
- 1er janvier 2009 - 31 décembre 2012, Responsable de l’équipe « Processus Elémentaires et Modélisation » du Laboratoire d’Hydrologie et de Géochimie de Strasbourg (LHyGeS), UMR 7517 CNRS – Université de Strasbourg.
_ - Depuis le 1er janvier 2013, Responsable de l’équipe « Transferts Réactifs dans les Hydrosystèmes Anthropisés » du LHyGeS.

Bibliographie
Liste de principales publications depuis 2010
- di Chiara Roupert R., Schäfer G., Ackerer P., Quintard M., Chavent G., 2010. Construction of three-phase data to model multiphase flow in porous media : comparing an optimisation approach to the finite element approach, Comptes Rendus Geoscience 342, 855-863.
- di Chiara Roupert R., Chavent G., Schäfer G., 2010. Total differential compatible interpolation of relative permeabilities. Journal of Computational Physics 229, 4762-4780.
- Nsir K., Schäfer G., 2010 A pore-throat-model based on grain size distribution to quantify gravity-dominated DNAPL instabilities in water saturated homogeneous porous medium. Comptes Rendus Geoscience 342, 881-891.
- Cotel S., Schäfer G., Barthes V., Baussand P., 2011. Effect of density-driven advection on trichloroethylene vapor diffusion in a porous medium. Vadose Zone J. 10, doi:10.2136/vzj2010.0032
- Løvoll G., Jankov M., Måløy K. J., Toussaint R., Schmittbuhl J., Schäfer G., Méheust Y. 2011. Influence of Viscous Fingering on Dynamic Saturation–Pressure Curves in Porous Media. Transp. Porous Med., 2011, 86, 1, 305-324. doi : 10.1007/s11242-010-9622-8
- Nsir K., Schäfer G., di Chiara Roupert R., Razakarisoa O., Toussaint R., 2011. Laboratory experiments on DNAPL gravity fingering in water-saturated porous media. International Journal of Multiphase Flow 40, 83–92. doi:10.1016/j.ijmultiphaseflow.2011.12.003.
- Toussaint R., Måløy K.J., Méheust Y., Løvoll G., Jankov M., Schäfer G., Schmittbuhl J. 2012. Two-Phase Flow : Structure, Upscaling, and Consequences for Macroscopic Transport Properties. Vadose Zone J.. doi:10.2136/vzj2011.0123
- Marzougui S., Schäfer G., Dridi L. 2012 Prediction of Vertical DNAPL Vapour Fluxes in Soils Using Quasi-Analytical Approaches : Bias Related to Density-Driven and Pressure-Gradient-Induced Advection. Water Air Soil Pollut. doi : 10.1007/s11270-012-1319-x
- Ounaies S., Schäfer G., Trémolières M., 2013. Quantification of vertical water fluxes in the vadose zone using particle-size distribution and pedology-based approaches to model soil heterogeneities. Hydrol. Process. 27, 2306–2324. DOI : 10.1002/hyp.9365.
- Abidi N., Errais E., Duplay J., Berez A., Jrad A., Schäfer G., Ghazi M., Semhi K., Trabelsi-Ayadi M., 2014. Treatment of dye-containing effluent by natural clay. Journal of Cleaner Production 86 (2015) 432-440. dx.doi.org/10.1016/j.jclepro.2014.08.043.
- Berez A., Ayari F., Abidi N., Schäfer G., Trabelsi-Ayadi M., 2014. Adsorption-desorption processes of azo dye on natural bentonite : batch experiments and modelling. Clay Minerals 49, 747–763. DOI : 10.1180/claymin.2014.049.5.10.
- Schneider L., di Chiara Roupert R., Schäfer G., Helluy P., 2015. Highly gravity-driven flow of an NAPL in water-saturated porous media using Discontinuous Galerkin Finite-Element Method with a generalised Godunov scheme. Comput Geosci 19:855–876. DOI 10.1007/s10596-015-9494-7.
- Cotel S., Schäfer G., Traverse S., Marzougui-Jaafar S., Gay G., Razakarisoa O., 2015. Evaluation of VOC fluxes at the soil-air interface using different flux chambers and a quasi-analytical approach. Water Air Soil Pollut (2015) 226:356. DOI 10.1007/s11270-015-2596-y.
- Berez A., Schäfer G., Ayari F., Trabelsi-Ayadi M., 2016. Adsorptive removal of azo dyes from aqueous solutions by natural bentonite under static and dynamic flow conditions. International Journal of Environmental Science and Technology 13,1625–1640. DOI : 10.1007/s13762-016-1006-3
- Pollet-Villard M., Daval D., Fritz B., Knauss K. G., Schäfer G., Ackerer P., 2016. Influence of etch pit development on the surface area and dissolution kinetics of the orthoclase (001) surface. Chemical Geology 447 (2016), 79–92.