Dynamique de formation des réseaux de rides de sable en canal à houle

Dynamics of sand ripple patterns induced by waves in a flume

• Auteur / Autrice : Julie Lebunetel-Levaslot
• Direction : François Marin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Le Havre

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ségrégation (matériaux granulaires)

Mécanique des fluides

Mots clés libres

Rides de sable

Écoulement oscillant

Morphodynamique

Réseaux 2D-3D

Dynamique Côtière

Résumé

La dynamique sédimentaire en zone côtière est un problème complexe. Sous certaines conditions, des réseaux périodiques de petites dimensions se développent sur le fond. Ceux-ci résultent de l’interaction entre un écoulement oscillant et un milieu granulaire poreux. Ce manuscrit est consacré à la dynamique de formation des rides dans un canal à houle d'une longueur de 10m. Notre étude s’intéresse à la croissance des rides de sables monodisperse et bidisperse. L’objectif est de comprendre et de modéliser la formation des réseaux de rides. La morphodynamique de réseaux bidimensionnels et tridimensionnels est étudiée de façon statistique à travers les paramètres géométriques classiques : longueur d’onde, hauteur, cambrure ainsi que l'aire de la section de ride (entre deux creux successifs). Nous montrons que les vitesses de croissance des différents paramètres dominants du réseau diffèrent. Le réseau s’organise en deux principales étapes : au cours d’une première phase, l’organisation des rides est locale puis le réseau s’organise à l’échelle globale du canal. Deux essais sur les mélanges de grains sont menés avec des conditions initiales du lit très différentes. Nous mettons en évidence un ralentissement dans la prise de forme de la ride par rapport au cas monodisperse. Le tri en surface est observé plus rapidement que le tri en volume avec des temps de 3000 cycles à comparer à 150000 cycles entre les deux phénomènes. La présence d’une proportion de grains fins dans la couche superficielle de la ride plus importante que dans la couche mobilisée est mesurée. La couche mobilisée est caractérisée. Le tri en volume se présente sous la forme d’une fine couche de grains fins en contact avec la couche profonde statique et une couche supérieure plus épaisse constituée de grains plus gros. Les mécanismes de tri sont liés à l’écoulement du fluide interstitiel dans une couche granulaire où les grains sont diversement mobilisés.

The dynamics of sediments in the coastal zone is a complex issue. Under certain excitation conditions, rhythmic patterns of small dimensions develop on the sea bed. They result from a strong interaction between the oscillating flow and the porous granular media. This thesis manuscript is devoted to the study of the morphodynamics of ripples in a 10m long wave-flume. The study deals with both monodisperse and bidisperse sands. This aims to understand and to model the ripple pattern formation. Two-dimensional and three-dimensional patterns are studied with statistical tools through the classical geometrical caracteristics of ripples : length, height and steepness. In addition, the section of the ripple is taken into account, calculated from the area between two successive troughs. The growth rates of the four ripple dominant geometric data differ. Two steps are identified in the pattern growth : the first one is a local growth stage of ripples and the second one consists in a reorganization of the pattern at the flume scale. Two tests have been carried out with binary mixtures with strongly different initial conditions. Compared to the monodisperse case, ripple section grow slower. The surface segregation of grains appears more rapidly than the volume segregation. The proportion of finer grains at the ripple surface is more important than in the mobilized layer. The mobilized layer is characterized. A thin layer of fine grains at the limit of the static deep layer is observed. Bigger grains are found at the top of this mobilized layer. The segregation mechanisms depend on the pore fluid flowing in a granular layer where grains of different sizes move differently.