Laboratoire des Écoulements Géophysiques et Industriels




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Affouillement autour de structures

(J. Chauchat)

Quand une structure hydraulique est placée dans un écoulement, sa présence modifie l’écoulement à proximité de cette dernière. Ceci entraînera divers processus tels que la contraction de l’écoulement, la formation de vortex en fer à cheval en amont de la structure, la formation de vortex dans le sillage ou des gradients de pression dans le sol. Ces mécanismes peuvent fortement affecter la capacité de transport des sédiments localement et conduire à la formation d’un affouillement autour de la structure ou à la liquéfaction du sol. L’affouillement est probablement la principale cause de défaillance des ponts. Les modèles hydro-sédimentaires classiques sont basés sur une relation simple entre le taux de transport local de sédiments la contrainte de cisaillement locale sur le fond calibrée sur un écoulement staionnaires et uniforme en canal. Les mécanismes physiques associés à la présence d’une structure mentionnée ci-dessus ne sont pas pris en compte de manière cohérente. Au cours de la thèse de T. Nagel, nous avons démontré la capacité du modèle diphasique à turbulence moyenné à reproduire le phénomène d’affouillement autour d’un cylindre vertical (voir film).

Simulation diphasique de l’affouillement autour d’un cylindre vertical réalisée avec sedFOAM (modèle k-omega-Wilcox2006 et rhéologie mu(I)). Thèse de T. Nagel 2018 - Financement ministériel/projet COOPERA région ARA.

Ce même modèle a été appliqué à la configuration d’une conduite déposée sur un lit de sable par A. Mathieu (Master Thesis, 2017). Le modèle est capable de reproduire les 3 étapes de l’affouillement : l’initiation, le tunnel et l’érosion dans le sillage. Certaines améliorations sont encore nécessaires, notamment en ce qui concerne l’initiation, où le couplage entre la pression de pore et la rhéologie granulaire devrait probablement être pris en compte. L’interaction entre les tourbillons dans le sillage et la dynamique des sédiments nécessite également des travaux plus poussés.

Simulation diphasique de l’affouillement autour d’un cylindre horizontal réalisée avec sedFOAM (modèle k-omega-hybride et rhéologie mu(I)). Master de A. Mathieu 2017 - Financement ANR Segsed.

Financements :
-  COOPERA/bourse CMIRA région ARA (2015-2017) – PI J. Chauchat

Etudiants en these et Postdocs
-  Thèse T. Nagel (IMEP2 2014-2018)
-  Master A. Mathieu (ANR SegSed 2017)
- collab. Prof. T.-J. Hsu (Univ. Delaware, USA)
- collab. Prof. X. Liu (Penn State Univ., Pennsylvania, USA)