Expérimentations et modélisations tridimensionnelles de l'hydrodynamique et de la séparation particulaire dans les déversoirs d'orage

par Gislain Lipeme Kouyi

Thèse de doctorat en Sciences pour l'ingénieur

Sous la direction de Jean-Bernard Poulet.

Soutenue en 2004

à l'Université Louis Pasteur (Strasbourg) .


  • Résumé

    La réglementation actuelle impose entre autres, la surveillance des rejets au droit des déversoirs d'orage. Il devient donc indispensable de comprendre leur fonctionnement hydraulique et de quantifier les charges polluantes déversées. Dans ce contexte, l'hydrodynamique et la séparation particulaire dans les déversoirs d'orage ont été modélisées en 3D (FLUENT). Nous avons simulé en 3D les écoulements dans les déversoirs d'orage latéraux. La validation des résultats numériques est essentiellement faite sur les débits déversés, conservés et la surface libre en 3D, obtenus sur le pilote d'Obernai (Bas-Rhin). La mesure de la surface libre en 3D s'est faite grâce à l'adaptation d'un capteur de reconnaissance de forme en lumière structurée. La comparaison des surfaces libres mesurées et calculées met en évidence la capacité du code de calcul à localiser la surface libre (erreurs inférieures à 10 %). Le logiciel prédit également le partage des débits avec une erreur inférieure à 8 %, par rapport au partage réel de débits obtenu sur pilote. L'ensemble des tests réalisés a permis une meilleure connaissance des options de modélisation appropriées (maillage, modèle multiphasique, conditions aux limites, turbulence) pour la simulation 3D des écoulements dans un déversoir. La validation du modèle fondé sur une approche lagrangienne et stochastique du mouvement de la particule a été faite grâce à des données expérimentales provenant de l'étude bibliographique. Nous nous sommes intéressés à une répartition de la granulométrie uniforme ainsi qu'aux masses totales déversées. Les résultats de comparaison entre l'expérimental et le calcul de ces masses sont proches de 5 %. Enfin, nous avons utilisé les options de modélisation retenues précédemment pour simuler les écoulements dans les déversoirs complexes des sites de Fontainebleau, Sélestat et Clichy. Nous avons montré le mode d'utilisation de la modélisation 3D pour comprendre le fonctionnement hydraulique de ces ouvrages. L'exploitation des résultats des simulations nous a fourni des renseignements importants en vue de mettre en place ou d'améliorer l'instrumentation des déversoirs complexes.

  • Titre traduit

    Experiments and 3d modellings of the hydrodynamics and particle separation in the storm overflows


  • Résumé

    The lawful constraints imposes, among other things, the monitoring of the rejections through the Combined Sewer Overflows (CSO). It thus becomes essential to understand their hydraulic operation and to quantify the discharged pollutant load. In this context, we have investigated the 3D numerical modelling of flows and particle separation in the CSO by using FLUENT CFD (Computational Fluid Dynamics) software. The numerical results have been validated in experiments thanks to the measurements of flow rates (overflow and outflow) and free surface, obtained on the physical tests bench. The measurement of the 3D free surface was done by the adaptation of new equipment made up of a projector and a numerical camera coupled to software of image processing. The comparison between the measured and calculated free surface highlights the capacity of the computer code to locate the free surface (errors lower than 10 %). The software also predicts the division of the flow discharge with an error lower than 8 %, compared to the real division of flow rates obtained experimentally. The tests carried out allowed a better knowledge of the suitable options of modelling (computational mesh, multiphase model, boundary conditions, turbulence) for 3D simulation of the flows in CSO. The validation of the model based on a Lagrangian and stochastic approach of the movement of the particle was made thanks to experimental data coming from the bibliographical study. We were interested in a distribution of uniform granulometry. The results of comparison between the experimental and numerical poured total masses are close to 5 %. Lastly, we used the options of modelling selected previously to simulate the flows in the complex CSO of the sites of Fontainebleau, Sélestat and Clichy. We showed the mode of use of 3D modeling to understand the hydraulic operation of these works. The analysis of the results of simulations provided us significant information in order to set up or to improve the instrumentation of the complex CSO.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (274 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. f.247-253

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  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service commun de la documentation. Bibliothèque Blaise Pascal.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.2004;4739
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