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Thèse Maxime Rouzès

2 mars 2015

Etude expérimentale de l’hydrodynamique d’un écoulement turbulent sur fond rugueux en situation naturelle et/ou à faible submersion

Thèse Maxime Rouzès

Mardi 10 mars à 10 h 00 - Amphithéâtre Nougaro

Sous réserve d’autorisation de soutenance par les rapporteurs

Résumé :

L’étude concerne les couches limites turbulentes dans le cas d’écoulements à surface libre sur fond rugueux homogène. Afin de réaliser cette étude, deux dispositifs de mesure PIV par stéréoscopie (PIV 2D-3C) ont été mis en place avec comme double objectif de fournir les lignes directrices au design d’un système stéréoscopique PIV in situ et d’étudier l’influence de la faible submersion des éléments rugueux sur la structure universelle de la couche limite sur fond rugueux, i.e. pour des submersions 0,33 < h/D < 0,66 (avec h la hauteur des rugosités et D la hauteur d’eau). Pour le premier objectif, le dispositif de mesure a permis un accès optique facilité par un point de vue incliné des caméras à la zone proche des rugosités dans des conditions naturelles d’écoulement (turbidité et éclairement naturels). Les mesures de vitesses ont été faites dans un canal hydraulique de petite dimension (12 m x 0,5 m x 0,25 m) rempli d’hémisphères positionnées en configuration alignée. Une étude paramétrique de l’influence de l’inclinaison des caméras ainsi que de la turbidité de l’eau sur la qualité des mesures de vitesses a été entreprise suivie par une nouvelle méthodologie basée sur l’analyse de l’intensité lumineuse dans le système. Il a été montré que l’écoulement est correctement résolu pour une gamme de turbidité allant de 5 NTU à 25 NTU avec un angle d’inclinaison optimal par rapport au plan vertical de mesure de 25° pour les faibles turbidités et de 35° pour les turbidités supérieures (de 15 NTU à 25 NTU). Pour le second objectif, les investigations expérimentales ont été réalisées dans une veine hydraulique de plus grande dimension (26 m x 1,10 m x 0,50 m), dont le fond rugueux est constitué par des cubes en PVC de 2 cm de côté, comme dans l’étude de Florens et al. (2013). Les résultats mettent en évidence que l’étendue de la sous-couche rugueuse augmente avec la submersion pour finalement occuper toute la colonne d’eau dans le cas de la plus faible submersion (h/D=0,66). Malgré cela, une loi logarithmique est tout de même observée, et ce, quelle que soit la submersion étudiée.

Jury :

Pr. Nicolas Rivière (rapporteur),

Dr. David Hurther (HDR-rapporteur),

Pr. Henri-Claude Boisson (examinateur),

Dr. Séverine Tomas (examinatrice),

Dr. Carole Nahum (DGA),

Pr. Olivier Eiff (directeur de thèse),

Dr. Frédéric Moulin (HDR) (co-directeur de thèse)


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