L’équipe MEIGE a travaillé sur la modélisation et la simulation du transport de sable par un écoulement oscillant. Nous nous sommes intéressés aux régimes de rides et de sheet-flow dans le cadre de deux thèses, l’une encadrée au LEGI à Grenoble par J. Chauchat et C. Bonamy et l’autre par T.-J. Hsu au Center for Applied Coastal Research à l’Université du Delaware en collaboration avec P. Traykovsky du Woods Hole Oceanographic Institute (USA). Concernant le régime de sheet-flow, Antoine Mathieu (financement DGA/SHOM et projet MEPELS) a développé des simulations des grandes échelles de la turbulence avec le modèle diphasique SedFOAM appliqué au transport de sable par un écoulement oscillant (figure 2). Grâce à ces simulations, nous avons réussi à expliquer pour la première fois l’origine physique des différences de comportement entre sables fins et moyens dans le transport de sable par les vagues. Alors que pour des sables moyens, le flux de sables et l’épaisseur de la couche de transport sont en phase avec la contrainte de cisaillement exercée sur le fond par l’écoulement, un déphasage existe pour les sables fins. Une autre particularité vient de l’épaisseur de la couche de transport qui n’est pas censée dépendre de la taille des particules alors que celle-ci et deux fois plus grande dans le cas des sables fins. Nos simulations montrent que ces différences s’expliquent par un effet couplé de stratification et de chute entravée pour les sables fins. Lors de la phase de décélération de la vague, les sables fins, du fait de leur relativement faible vitesse de chute, génèrent une stratification suffisamment forte pour laminariser la couche limite. La non-linéarité de la sédimentation génère une interface raide au-dessus de la suspension en sédimentation sur laquelle se développe des instabilités de cisaillement de type Kelvin-Helmoltz. Le fait que la couche limite soit relaminarisée dans sa phase de décéleration crée un déphasage dans le développement de la contrainte au fond au cours du cycle de vague.
Figure : Instantanés de la configuration de sable moyen M512 et de la configuration de sable fin F512 à 58◦ avec des surfaces de concentration φ = 0,5 (marron) et φ = 0,08 (argent) et des structures cohérentes turbulentes fluides colorées par la vitesse du fluide (Mathieu et al., JFM 2022).
Références
Salimi-Tarazouj, A., Hsu, T.-J., Traykovski, P., and Chauchat, J. (2024). Investigating wave shape effect on sediment transport over migrating ripples using an eulerian two-phase model. Coastal Engineering, 189:104470.
Mathieu, A., Cheng, Z., Chauchat, J., Bonamy, C., & Hsu, T. - J. (2022). Numerical investigation of unsteady effects in oscillatory sheet flows. Journal of Fluid Mechanics, 943, 7.
Salimi-Tarazouj, A., Hsu, T. - J., Traykovski, P., & Chauchat, J. (2021). Eulerian Two-Phase Model Reveals the Importance of Wave Period in Ripple Evolution and Equilibrium Geometry. Journal of Geophysical Research : Earth Surface, 126(7).
Salimi-Tarazouj, A., Hsu, T. - J., Traykovski, P., Cheng, Z., & Chauchat, J. (2021). A Numerical Study of Onshore Ripple Migration Using a Eulerian Two-phase Model. Journal of Geophysical Research. Oceans, 126(2).
