Modelisation of the diffusive transport of algal blooms in a coastal environment using a stochastic method

par Antoine Joly

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides

Sous la direction de Damien Violeau.

Le président du jury était Pierre Sagaut.

Le jury était composé de Damien Violeau, Michel Benoit, Dominique Astruc, Jean-Pierre Minier.

Les rapporteurs étaient Jean-Marie Mouchel, François Schmitt.

  • Titre traduit

    Modélisation du transport diffusif des algues en milieu côtier par une méthode stochastique


  • Résumé

    Ce mémoire de thèse a pour but de présenter un modèle de prédiction du transport des algues en mer le long des côtes. La méthode choisie a été d'utiliser un code industriel eulérien pour prédire l'écoulement moyen sur une grande surface, et d'ensuite ajouter un modèle lagrangien pour prédire le mouvement des particules individuelles. Ce modèle lagrangien comporte trois étapes. Premièrement, les caractéristiques moyennes du fluide trouvées avec le modèle eulérien sont utilisées pour alimenter un modèle stochastique pour trouver les vitesses turbulentes du fluide à l'emplacement des particules modélisant les algues. Ensuite ces vitesses turbulentes sont utilisées à travers les composantes de la force de traînée, de l'inertie, de la force de Basset et de la poussée d'Archimède pour trouver les vitesses des corps. La dernière étape consiste à utiliser ces vitesses des corps pour calculer leurs trajectoires. Une méthode avec un intégrateur exact a été développée pour résoudre ces équations. Ce modèle a ensuite été validé grâce à deux expériences. Dans la première expérience, des sphères de tailles différentes ont été lâchées dans deux fluides avec des densités différentes, où une turbulence stationnaire quasi-homogène a été générée en utilisant une paire de grilles oscillantes. Dans la deuxième expérience des particules sphériques ont été lâchées dans un écoulement non homogène. Cet écoulement a été obtenu en obstruant partiellement un canal, afin qu'une zone de recirculation soit générée. Le modèle de transport des particules a ensuite été testé sur des simulations d'un écoulement réel le long des côtes normandes, dans lequel des particules numériques représentant des algues ont été lâchées


  • Résumé

    The aim of this PhD thesis was to develop a model to predict the motion of algae in sea waters along a coastline. The method chosen was to use a large Eulerian industrial code to model the mean flow, and add Lagrangian model to predict the motion of individual particles. This Lagrangian modelis a three-step model. In the first modelling step, the mean flow characteristics at the location of the particles (solid bodies modelling the algae) are extracted from the Eulerian model and imputed into a stochastic model to find the turbulent fluid velocities. These fluid velocities are used in the second step to solve for the solid body velocities, by solving for the drag, momentum, buoyant and Basset history forces. The final modelling step is to use these solid body velocities to calculate the trajectories of particles. An exact integrator method was then developed to solve for these equations. The model was then validated using two experiments. Firstly sphere of different size were released in fluids of different densities, where a stationary quasi-homogeneous turbulence. This turbulence was generated by oscillating a pair of grids. In the second experiment spherical particles were released in anon-homogeneous turbulent flow. This flow was achieved by partially obstructing a channel, so that a recirculation zone was generated. The particle transport model was then tested numerically using the simulations of a real flow along the coasts of Normandy where numerical particles representing algae were released


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