Dans le cadre de la thèse de T. Nagel (2014-2018), en collaboration avec Prof. X. Liu de l’Université d’Etat de Pennsylvanie (PA, USA) et Prof. T.-J. Hsu (University of Delaware, DE, USA), nous avons réalisé les premières simulations tridimensionnelles diphasiques d’affouillement autour d’une pile de pont ou d’un mât d’éolienne (voir figure 7) Ces calculs sont un réel challenge en matière de calcul scientifique haute performance avec un coût estimé à 100,000 H CPU sur 224 CPUs, pour 600s de temps physique. Les résultats de la simulation sont comparés aux expériences pour la profondeur maximum d’affouillement à l’amont et à l’aval et un bon accord est observé. Dans le cadre du stage de master 2 d’A. Mathieu (2017), nous avons étudié le cas de l’affouillement autour d’un pipeline, un cylindre horizontal posé sur le fond (Antoine et al., Water 2019). Les résultats sont en bon accord avec les données expérimentales de Mao (1986). Plus récemment, dans le cadre d’un projet de recherche financé par France Energies Marines (Thèse A. Gilletta, 2021-2024), nous avons étendus les simulations diphasiques de T. Nagel à la simulation SGE et hydride RANS-SGE afin de simuler une grande partie des échelles turbulentes de l’écoulement qui joue un rôle clef dans la dynamique sédimentaire autour de la structure. Nous avons également développé une méthode innovante d’analyse des simulations biphasiques pour permettre de mieux comprendre les liens entre transport de sédiments et évolution morphologique. Enfin, nous avons commencé à étudier l’affouillement sous l’action des vagues et des interactions vagues-courant. Dans le cadre de la chaire OXALIA, nous développons (thèse de M. Renaud, 2022-) un modèle morphodynamique conventionnel à surface libre dans openFOAM pour simuler l’affouillement. Ce modèle sera également open-source et devrait permettre de faire le lien entre les approches diphasiques que nous développons et les besoins opérationnels en ingénierie. En 2018, J. Chauchat a participé à un workshop d’une semaine au Chili (Univ. Concepcion) organisé dans le cadre d’un financement CONICYT. Lors de ce workshop un article de revue a été rédigé collectivement sur l’état de l’art de l’affouillement autour des piles de ponts dans le contexte des écoulements torrentiels (Link et al., Water 2019).
Figure : Visualisation de la fosse d’affouillement en amont d’un cylindre simulée par sedFoam avec un modèle k-omega (Nagel et al. AWR 2020), les lignes de courant sont colorées par la vitesse du fluide.
Références
Tsai, B., Mathieu, A., Montellà, E. P., Hsu, T. - J., & Chauchat, J. (2022). An Eulerian two-phase flow model investigation on scour onset and backfill of a 2D pipeline. European Journal of Mechanics – B/Fluids, 91, 10–26.
Nagel, T., Chauchat, J., Bonamy, C., Liu, X., Cheng, Z., & Hsu, T. - J. (2020). Three-dimensional scour simulations with a two-phase flow model. Advances in Water Resources, 138, 103544.
Link, O., Mignot, E., Roux, S., Camenen, B., Escauriaza, C., Chauchat, J., et al. (2019). Scour at Bridge Foundations in Supercritical Flows : An Analysis of Knowledge Gaps. Water, 11(8), 1656.
Mathieu, A., Chauchat, J., Bonamy, C., & Nagel, T. (2019). Two-Phase Flow Simulation of Tunnel and Lee-Wake Erosion of Scour below a Submarine Pipeline. Water, 11(8), 1727.