Dans le cadre de l’ANR SegSed (2016-2021), nous nous sommes intéressés à la ségrégation de taille dans le transport par charriage. Ce processus est probablement l’une des cause principale des incertitudes importantes observées dans les estimations de flux de sédiments notamment dans les rivières de montagne. Dans le cadre de la thèse de Remi Chassagne (ANR 2017-2020), nous avons étendu le modèle DEM développé pendant la thèse de R. Maurin au cas de mixtures bidisperses. Grâce à ce modèle nous avons étudié numériquement l’infiltration d’une couche de particules fines initialement déposée sur une couche de particules grossières (voir figure 4). Nous avons interprété les résultats dans le cadre du modèle d’advection-diffusion et nous avons montré que le flux d’advection de particules fines suit une loi puissance du nombre inertiel et que le coefficient de diffusion doit être proportionnel au flux d’advection, c’est à dire que le nombre de Peclet doit être constant, pour reproduire l’absence de déformation de la couche de fines en infiltration (Chassagne et al., JFM 2020). Dans le cadre de la thèse de Hugo Rousseau (IRSTEA/ANR, 2018-2021), ces résultats numériques sont utilisés pour développer un modèle multiphasique multi-classe (Eulérien-Eulérien) pour décrire le tri granulométrique. Dans ce travail, nous avons proposé un modèle physique pour expliquer l’origine de la dépendance des flux d’advection et de diffusion au nombre inertiel et au ratio de taille (Rousseau et al., JFM 2021). Parallèlement à ces travaux théoriques, une expérience originale de ségrégation d’un intrus de grande taille par rapport aux particules du lit sédimentaire a été développée. Nous avons constaté que l’ascension temporelle de l’intrus se déroulait en deux temps. Dans un premier temps, l’intrus s’élève lentement par déplacements intermittents. Ensuite, dans une deuxième phase l’intrus accélère soudainement jusqu’à ce qu’il atteigne le sommet du lit. Alors que la cinématique de la deuxième phase s’est avérée reproductible pour une configuration donnée, ce n’est pas le cas pour la première phase. Une transition dans le rapport de taille a également été observée autour d’un ratio de 2 (Rousseau et al., PRF 2022). Ces travaux se poursuivent dans le cadre de la thèse de B. Dedieu à l’INRAE Grenoble et un article a été publié en 2024 dans Physical Review Fluids (Dedieu et al., 2024) dans lequel nous avons étudié plus précisément l’influence du ratio de taille. Ces travaux offrent une vision intégrée des processus de ségrégation granulométrique et de transport des sédiments par charriage. Ils mettent en avant des approches complémentaires, expérimentales et numériques, pour modéliser ces phénomènes, avec des implications importantes pour la gestion des rivières, la conception hydraulique et la compréhension des environnements sédimentaires naturels.
Figure : Visualisation extraite de la simulation DEM réalisée avec YADE de l’infiltration de particules fines dans un lit de particules grossières en présence de charriage (Chassagne et al., JFM 2020).
Références
Dedieu, B., Rousseau, H., Chauchat, J., & Frey, P. (2024). Exploring the size ratio impact on an intruder segregating in bedload transport. Physical Review Fluids, 9(10), 104302.
Rousseau, H., Chauchat, J., & Frey, P. (2022). Experiments on a single large particle segregating in bedload transport. Physical Review Fluids, 7(6), 064305.
Rousseau, H., Chassagne, R., Chauchat, J., Maurin, R., & Frey, P. (2021). Bridging the gap between particle-scale forces and continuum modelling of size segregation : application to bedload transport. Journal of Fluid Mechanics, 916(A26).
Chassagne, R., Frey, P., Maurin, R., & Chauchat, J. (2020). Mobility of bidisperse mixtures during bedload transport. Physical Review Fluids, 5(11), 114307.
Chassagne, R., Maurin, R., Chauchat, J., Gray, J., & Frey, P. (2020). Discrete and continuum modelling of grain size segregation during bedload transport. Journal of Fluid Mechanics, 895, 365–398.
