En 2021 et 2023, J. Chauchat a participé au cours Physics of Granular Suspensions : Micromechanics of Geophysical Flow dispensé au International Centre for Mechanical Sciences CISM, Udine, Italie. De cette participation, trois chapitres ont été publié dans l’ouvrage Physics of Granular Suspensions : Micro-mechanics of Geophysical Flows publié chez Springer en 2024 (https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-031-55509-1, figure 5). Ces chapitres explorent la dynamique des écoulements multiphasiques et granulaires en contexte géophysique, en abordant les mécanismes physiques, les processus de transport sédimentaire, et les modèles mathématiques permettant de décrire ces phénomènes complexes. Dans le chapitre Mathematical Modelling of Particulate Flows (Chauchat, Lacaze, 2024), nous proposons un cadre mathématique pour modéliser les écoulements particulaires, combinant des approches discrètes et continues. Nous présentons les équations de base des écoulements multiphasiques, comme celles de Navier-Stokes pour la phase fluide et les équations de mouvement pour les particules solides. Les modèles Eulériens-Lagrangiens et Eulérien-Eulérien biphasique sont discutés, en montrant leurs avantages et limites respectives. Une attention particulière est portée à la représentation des forces d’interaction fluide-particule et particule-particule, ainsi qu’à l’intégration des lois de comportement issues de la mécanique des milieux granulaires. Dans le chapitre intitulé Dispersed Turbulent Multiphase Flows (Mazzuoli, Balachandar, Chauchat, 2024) nous analysons les écoulements multiphasiques turbulents dans lesquels des particules solides sont dispersées dans un fluide porteur. Les interactions complexes entre les phases fluide et particulaire sont décrites, soulignant l’importance des échelles de temps et d’espace associées à la turbulence et aux particules. Nous mettons en avant les phénomènes de modulation de la turbulence par les particules et de rétroaction du fluide sur les grains, avec des applications aux suspensions diluées et concentrées. Une attention particulière est portée à la structuration spatiale des particules et à son influence sur les caractéristiques globales des écoulements. Enfin, dans le chapitre Sediment Transport (Fluid Driven Flows) (Chauchat, Mazzuoli, 2024), le transport sédimentaire dans les écoulements fluides est abordé sous différents régimes, notamment le transport par charriage, par suspension et les avalanches. Nous décrivons les mécanismes fondamentaux à l’œuvre, tels que le seuil de mise en mouvement des particules par cisaillement, la formation de formes de fond (rides et dunes), et les interactions fluide-particule. Nous présentons également des approches théoriques et numériques pour prédire les taux de transport sédimentaire et les processus d’érosion/dépôt, en insistant sur l’importance des interactions collectives des particules dans les régimes denses. Ces chapitres offrent une vision complète et cohérente des processus physiques et des outils de modélisation nécessaires pour comprendre les écoulements multiphasiques granulaires dans les environnements géophysiques. Ils combinent des descriptions fondamentales des phénomènes physiques à des outils théoriques avancés, permettant de mieux appréhender les interactions complexes entre fluide et particules, essentielles pour des applications en hydraulique, géophysique et ingénierie environnementale.
Figure : Couverture de l’ouvrage publié par Springer suite au cours Physics of Granular Suspensions : Micromechanics of Geophysical Flow.
Références
M Mazzuoli, S Balachandar, J Chauchat (2024) Dispersed Turbulent Multiphase Flows, Physics of Granular Suspensions : Micro-mechanics of Geophysical Flows, 45-97
J Chauchat, M Mazzuoli (2024) Sediment Transport (Fluid Driven Flows). Physics of Granular Suspensions : Micro-mechanics of Geophysical Flows, 101-153.
J Chauchat, L Lacaze (2024) Mathematical Modelling of Particulate Flows. Physics of Granular Suspensions : Micro-mechanics of Geophysical Flows, 13-43