Modélisation par éléments discrets du transport solide par charriage

Sujet de thèse
Modélisation par éléments discrets du transport solide par charriage
De nombreux écoulements naturels en montagne se présentent sous la forme d’un mélange de particules
solides dans un fluide, en particulier le charriage, le transport des fractions solides grossières qui restent en
contact avec le lit. Le charriage joue un rôle fondamental dans la morphologie des cours d’eau et a de fortes
implications dans les inondations en montagne et en écologie. Sur le plan scientifique, la compréhension
réelle du transport solide au-delà de la simple description reste une question ouverte notamment en raison
d’une granulométrie étendue entrainant une ségrégation des sédiments (figure A)
Notre dispositif expérimental au Cemagref permet d’étudier le mouvement de billes entraînées par un
courant d’eau turbulent dans un canal bidimensionnel à lit mobile à forte pente. L’écoulement est filmé avec
une caméra rapide. L’utilisation de traitement d’images nous permet de déterminer les variables
caractéristiques à l’échelle de la particule (positions, vitesses instantanées, trajectoires états de mouvement
et données hydrodynamiques). Nous disposons de deux jeux de données, l’un relatif à une taille uniforme de
particules, l’autre correspondant à un mélange bidisperse, sujet à ségégation (figure B).
Cette thèse porte sur la modélisation du charriage par éléments discrets. Les méthodes des « éléments
discrets » prennent en compte chaque particule individualisée de matière (le grain de sable, le bloc,…) et
modélisent avec des lois simples (frottement solide de Coulomb,…) les interactions inter-particulaires. La
résultante des forces de gravité et de contact permet d’accéder à la dynamique du système. Il s’agira
d’adapter un modèle aux éléments discrets existant pour réaliser un couplage avec le fluide (prise en
compte des forces hydrodynamiques). Le calage et la validation se feront sur les jeux de données uniformes
et bidisperses.
A. Pavage en rivière
B. Ségrégation en canal
(Frey and Church, 2009)*
Cette thèse basée à Grenoble sera menée en collaboration avec les laboratoires L3SR, sols, solides,
structures risques (modélisation par éléments discrets et couplage fluide/ grain) et LEGI, écoulements
géophysiques et industriels (modélisation de l'écoulement fluide turbulent en présence de particules).
Contacts
Cemagref
L3SR
LEGI
P. Frey
[email protected]
V. Richefeu
[email protected]
J. Chauchat
[email protected]
http://www.3sr.hmg.inpg.fr/3sr/spip.php?rubrique10
http://www.legi.inpg.fr/web/spip.php?rubrique40
http://www.cemagref.fr/lecemagref/lorganisation/lescentres/grenoble/ur-etgr
Tel. 04 76 76 27 71
Tel. 04 76 82 52 97
Tel. 04.76.82.50.89
Profil du candidat
Mécanique (fluide, solide ou sol)
Physique des écoulements fluides et/ou granulaires
Math. Appliquées, modélisation numérique (avec intérêt pour la mécanique)
Requis : bon niveau d’anglais, goût pour la programmation (langages c++/python)
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*Frey P, Church M. 2009. How River Beds Move. Science 325: (18 September 2009) 1509-1510.
Texte complet accessible sur http://www.cemagref.fr/les-contacts/les-pages-personnelles-professionnelles/frey-philippe