Modélisation et simulation numérique des transferts couplés d'eau, de chaleur et de solutés dans le patrimoine architectural en terre, en relation avec sa dégradation

par Olivier Grossein

Thèse de doctorat en Océan, atmosphère et hydrologie

Sous la direction de Jean-Paul Laurent et de Laurent Oxarango.

Soutenue en 2009

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble) .


  • Résumé

    Les sollicitations hydro-climatiques parfois extrêmes que subissent les constructions en terre crue peuvent entraîner des dégradations importantes pouvant conduire à leur effondrement. Ce travail s'inscrit dans le cadre du programme Central Asian Earth de l'UNESCO, en coopération avec le laboratoire CRATerre-ENSAG. Le site de Deshan Kala à Khiva (Ouzbékistan) est retenu pour étudier les mécanismes de transferts d'eau et de sels dans le sol et le mur. Il est instrumenté pour suivre l'évolution des paramètres hydro-climatiques contraignant les transferts. Le modèle de transferts couplés d'humidité et de chaleur considère la gravité et la capillarité pour le transport du liquide et la diffusion pour celui de la vapeur. La densité du liquide est variable selon la concentration en solutés. Les solutés sont transportés par convection-dispersion. La cristallisation/dissolution est une réaction d'ordre un. Les propriétés de transfert des matériaux sont déterminées en laboratoire. Les phénomènes de transfert sont étudiés numériquement. Les simulations monodimensionnelles mettent en évidence la présence d'une zone sèche proche de la surface impliquant l'évaporation de l'eau à l'intérieur du matériau. L'intensité des flux d'humidité et l'état hydrique du système sont influencés par le niveau de la nappe et les conditions atmosphériques. Le sel cristallise dans la zone sèche ou à la surface selon les conditions et le matériau considérés. Les simulations bidimensionnelles permettent d'évaluer l'impact de la qualité de la surface du sol et de la végétation sur les flux d'humidité dans le mur à proximité. Ces résultats ont un intérêt pour la conservation du patrimoine.


  • Résumé

    Severe degradation of earthen structures may occur when they are subjected to extreme hydro-climatic conditions, sometimes leading to total failure. This work was carried out as part of the UNESCO program "Central Asian Earth" in cooperation with CRATerre-ENSAG. The ancient wall of Deshan Kala (Khiva, Uzbekistan) was selected for studying the mechanisms of the transfer of water and solute in the soil and the earthen wall. A measuring system was set up to monitor the evolution of the hydro-climatic parameters. The coupled moisture and heat transfer model considers gravity and capillarity for the liquid transport phase and diffusion for the vapor transport phase. The density oh the liquid is variable with respect to solute concentration and the solute is transported by convection-dispersion. The crystallization/dissolution process is a one order reaction. The transfer properties of the materials were estimated in laboratory. The transfer phenomena are numerically modeled. One-dimensional simulations show a dry zone near the surface due to evaporation occuring inside the material. The moisture fluxes and the hydric state of the system are influenced by the water table level and the atmospheric conditions. The salt crystallizes in the dry zone or at the surface depending on the atmospheric conditions and the type of material. Two-dimensional simulations estimate the impact of the soil surface quality and vegetation on moisture fluxes inside the nearby wall. These results are interesting for the conservation of the cultural heritage.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (238 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 137 réf.

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  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS09/GRE1/0038
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  • Cote : TS09/GRE1/0038/D
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