Utilisation des mesures rhéométriques pour la modélisation diphasique du transport sédimentaire.
Financeur
Organisme auteur
Source
- 2008
Résumé
- Présentation de la collaboration
La modélisation diphasique du transport sédimentaire dans les estuaires et les zones côtières est développée depuis une dizaine d'années à l'Université de Caen (Barbry, 2000 ; Barbry et al., 2000 ; Chauchat, 2007). L'approche des écoulements diphasiques fournit un cadre théorique pour représenter l'ensemble des processus hydrosédimentaires et doit permettre une description plus satisfaisante d'un point de vue théorique et physique des processus. Ainsi, le degré d'empirisme des modèles numériques de transport sédimentaire devrait pouvoir être réduit et leur capacité prédictive améliorée.
L'objet des travaux abordés par cette collaboration repose sur l'étude, par cette approche numérique diphasique, de deux problèmes physiques d'intérêt majeur pour le CETMEF : la sédimentation et la consolidation des sédiments ; le rejet en mer des produits de dragage par clapage.
La recherche s'appuie sur les travaux réalisés dans le cadre d'une précédente collaboration Université de Caen-CETMEF (Chauchat et al. 2007). Les travaux utilisent des résultats expérimentaux existants (clapage) ou en cours d'obtention (rhéologie et sédimentation, dans le cadre d'une collaboration LCPC-CETMEF en rhéophysique appliquée au transport des sédiments).
Objectifs
Les objectifs sont d'une part d'intégrer une modélisation du processus d'entravement et de tassement dans le cas de la sédimentation pour un sédiment cohésif, d'autre part d'étudier les capacités de ce modèle diphasique de transport sédimentaire pour traiter du cas des rejets de dragage par clapage. La validation des développements du modèle est réalisée par comparaison avec des données expérimentales. En ce qui concerne la sédimentation, les données ont été obtenues par IRM au LMSGC dans le cadre d'une collaboration LCPC-CETMEF. Pour le phénomène de clapage, les auteurs se sont basés sur les résultats expérimentaux de Villret et al. (1997, 1998) dans le cas d'un rejet de sable sans courant ambiant.
Résultats obtenus
La sédimentation d'une vase réelle nécessite l'introduction de lois rhéologiques spécifiques pour modéliser la structuration du dépôt sédimentaire et représenter le processus de tassement et de consolidation. En s'appuyant notamment sur les travaux de Bürger ( 2000) pour l'aspect modélisation, les auteurs ont introduit dans le modèle diphasique initial une loi de contrainte effective et ont substitué à la formulation basée sur la force de traînée pour le terme d'interaction fluide-particule une formulation basée sur la perméabilité (Darcy). Ils montrent à partir des résultats de simulation numérique de la sédimentation d'une vase du port du Havre (résultats issus d'une collaboration LCPC-CETMEF) que ces modifications de la formulation du modèle permettent de reproduire assez fidèlement la structure verticale du dépôt. Le parallèle qui existe entre les équations de Gibson et al. (1967) et les équations diphasiques est ici illustré par les résultats de simulations numériques.
Dans un second temps, le phénomène de clapage a été étudié numériquement et pour ce faire différentes configurations ont été testées. Il s'est avéré que l'introduction du rejet de dragage sous la forme d'un flux de masse et de quantité de mouvement dans le domaine de calcul est la solution la plus pertinente pour représenter le phénomène physique. Cette méthode nécessite la prescription de la vitesse d'injection du rejet. Il est proposé d'évaluer ce paramètre à partir du modèle empirique de Krishnappan (1975), ce qui permet de relier la vitesse d'injection aux propriétés du rejet (Diamètre des particules, concentration et volume initial du rejet). Aux incertitudes de mesure près, ont été obtenus des résultats satisfaisants concernant la phase de chute du rejet pour trois essais réalisés par Villaret et al. (1997, 1998). La phase de transport sur le fond est qualitativement reproduite, les auteurs observent des différences avec les mesures expérimentales essentiellement en ce qui concerne la hauteur du front et l'évolution temporelle de la concentration en un point. Ils pensent que ces écarts sont dus à la différence de structure verticale du courant de turbidité simulée et expérimentale.
Les développements effectués au cours de cette collaboration constituent une avancée importante dans le développement d'un modèle diphasique de transport sédimentaire en milieux côtiers et estuariens.
Thème
© Ministère de la Transition écologique et solidaire
| Mentions légales |Contacts |