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Thèse Edouard Izard

29 septembre 2014

Modélisation des processus locaux dans le transport sédimentaire

Edouard Izard

Mardi 14 octobre 2014 à 10 h 00

Amphithéâtre Nougaro


Sous réserve d’autorisation de soutenance par les rapporteurs

Résumé :

Ce travail de thèse concerne la modélisation numérique fine des
processus locaux dans le transport sédimentaire, à l’échelle d’un à
plusieurs centaines de grains. Une méthode aux éléments discrets (DEM)
basée sur la méthode dite des sphères molles et prenant en compte les
contacts entre les grains a été développée et couplée à une méthode de
frontière immergée (IBM) qui calcule l’écoulement autour d’objets
solides mobiles dans un fluide Newtonien incompressible. Dans ce
couplage, une force de lubrification est incluse pour représenter les
interactions entre le fluide et les particules proches d’un contact.
Il est montré que la méthode numérique reproduit de manière
satisfaisante le coefficient de restitution effective mesuré dans des
expériences de rebonds normal et oblique d’un grain sur un plan, ainsi
que de rebond entre deux grains dans un fluide visqueux. Deux modèles
analytiques associés au phénomène de rebond sont proposés et montrent
l’importance de la rugosité de surface du grain et du nombre de Stokes
sur le phénomène. La méthode numérique est ensuite utilisée pour
simuler deux configurations tridimensionnelles d’écoulements
granulaires pilotés par la gravité en milieu fluide : l’avalanche de
grains sur un plan incliné rugueux et l’effondrement d’une colonne de
grains. Dans le premier cas, les résultats permettent de caractériser
les différents régimes d’écoulement granulaires (visqueux, inertiel et
sec) observés dans les expériences en fonction du rapport de masse
volumique grain-fluide et du nombre de Stokes. En particulier, les
simulations apportent des informations originales quant aux profils de
vitesse de grains et du fluide ainsi qu’aux forces prédominantes dans
chacun des régimes. Dans le second cas, les résultats sont en bon
accord avec les expériences et le mécanisme dit de « pore pressure
feedback », qui dépend de la compacité initiale de la colonne, est
pour la première fois observé dans des simulations numériques directes.

Composition du jury

Thomas BONOMETTI Directeur de thèse

François CHARRU Membre du Jury

Julien CHAUCHAT Membre du Jury

Olivier EIFF Membre du Jury

Philippe GONDRET Rapporteur

Laurent LACAZE Co-directeur de thèse

Maxime NICOLAS Membre du Jury

Anthony WACHS Rapporteur