Propagation d'une onde de choc dans un système de canaux à géométrie complexe : expériences et simulations

par Antoine Marty

Thèse de doctorat en Mécanique et physique des fluides

Sous la direction de Georges Jourdan et de Eric Daniel.

Le président du jury était Alain Pocheau.

Le jury était composé de Steven Kerampran, Robert Tosello, Denis Leriche.

Les rapporteurs étaient Ashwin Chinnayya, Isabelle Sochet.


  • Résumé

    Lorsqu'un phénomène de détonation survient dans des milieux confinés comme un bâtiment présentant un système de galeries, l'onde de choc générée se propage et peut engendrer des dégâts matériels et humains considérables. En effet, l’onde de choc en se propageant dans ces systèmes de canaux confinés va interagir avec les obstacles qu’elle rencontre (humains et matériels), et va provoquer de très fortes élévations de la pression localement. Ce phénomène peut être très destructeur pour les structures et létale pour les humains. L'objectif de cette étude, expérimentale et numérique, est donc d'étudier la propagation d'une onde de choc dans différents systèmes de canaux afin de comprendre son comportement et de proposer des solutions pour en atténuer les dégâts. L’étude s’articule autour de deux grands axes. Le premier étudie de manière très académique la propagation d’une onde de choc au travers de cinq configurations différentes ; deux sans variation de section (un coude à 45$^{\circ}$ et un coude à 90$^{\circ}$), et trois avec variation de section (un divergent, un élargissement brusque et une bifurcation en « Y »). L’influence de la singularité sur la pression réfléchie en fond de configuration est étudiée ainsi que les mécanismes physiques complexes qui se produisent derrière l’onde de choc le long de la singularité. Le deuxième axe étudie l’atténuation de la pression réfléchie par l’ajout de piège (cavités) le long du système étudié. Une étude paramétrique montre que la position ainsi que la taille et la forme du piège ont un impact sur l’atténuation de l’onde de choc.

  • Titre traduit

    Shock wave propagation through a system of confined ducts : experiments and numerical simulations


  • Résumé

    In the search for protection from explosions phenomena, a variety of underground shelters were studied to minimize the risks related to the propagation of shock waves in closed areas. Indeed, the blast effect could be really destructive for equipment and humans encountering the shock wave propagation, because of the high elevation of the local pressure it generates. Thus, the propagation of a shock wave through various canal systems is both experimentally and numerically studied. This study is based on two topics. The first part is focused on the study of the propagation of a shock wave through five various configurations ; two whithout aera change (a 45$^{\circ}$ bend duct and a 90$^{\circ}$ bend), and three configurations whith a sectional enlargement (a divergent, an abrupt area change and a « Y » bifurcation). The impact of the geometry on the end wall reflected pressure is studied as well as some complex physical mechanisms that occur behind the incident shock wave. The second part explores the mitigation of the pressure level in the device with the addition of traps (cavities) along the studied configuration. A parametric study based on the shape and size of the cavities, shows that these parameters have a considerable impact on the pressure level in the duct system.

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