Erosion et transport de particules au voisinage d'un obstacle

par Florent LachaussÉE

Projet de thèse en Mécanique des fluides

Sous la direction de Philippe Gondret et de Yann Bertho.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux, géosciences , en partenariat avec FAST - Laboratoire Fluides, Automatique et Systèmes Thermiques (laboratoire) , Granulaires et Suspensions (equipe de recherche) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2015 .


  • Résumé

    Les phénomènes d'érosion et de transport de sédiments peuvent représenter une menace importante pour les activités humaines, les infrastructures et les écosystèmes. A une échelle de l'ordre du mètre, par exemple autour d'un pilier de pont ou de plateforme offshore, l'érosion peut endommager la structure et causer son effondrement. Malgré les risques encourus, une description physique du phénomène d'érosion au voisinage de structures reste incomplète à ce jour, en particulier le couplage entre la dynamique du fluide et le transport de particules solides est mal quantifié. Nous proposons ici d'étudier ce phénomène pour caractériser la dynamique d'entrainement des particules en présence d'un écoulement au voisinage d'un (ou de plusieurs) obstacle(s) solide(s) immergé(s). Nous serons amenés à mettre en place une méthode expérimentale innovante de PIV (corrélations d'images) associée à la technique LIF (Laser Induced Fluorescence) afin de mesurer simultanément les champs de vitesse du fluide et des particules transportées par l'écoulement. Une étude systématique sera réalisée en faisant varier la taille de l'obstacle (cylindre de différentes sections circulaire et/ou carrée), la densité des particules formant le lit de sédiment (billes de verre, sable, éventuellement de l'argile pour étudier l'effet de la cohésion des sols réels). Ceci nous permettra de déterminer des lois d'échelles sur le couplage écoulement/particules, l'évolution de la forme de la couche de sédiment au voisinage de l'obstacle, l'influence d'une instabilité ou de la turbulence dans le sillage du pilier, etc. Cette thèse, à dominante expérimentale, requerra la mise en place d'un dispositif modèle, de mener des campagnes de mesure et l'analyse des données recueillies ainsi que le développement de modélisations hydrodynamiques simples. Le (ou la) candidat(e) devra avoir reçu une formation de haut niveau en physique et en mécanique des fluides et devra avoir un goût prononcé pour l'expérimentation. La thèse s'inscrira dans le cadre d'un financement ANR (2015-2018) en collaboration avec des organismes publics (IFFSTAR, CEREMA) et des partenaires privés (SNCF, COFIROUTE, …) qui apporteront des compétences complémentaires sur des expérimentations à plus grande échelle, des études de terrain et des simulations numériques.

  • Titre traduit

    Erosion and transport of particles in the vicinity of an obstacle


  • Résumé

    Erosion and sediment transport can be a significant threat to infrastructure, human activities and ecosystems. At the meter scale, for example around a bridge pier or an offshore platform, erosion can cause the collapse of a structure. Despite the risks, a physical description of erosion in the vicinity of structures remains incomplete. In particular, the coupling between fluid dynamics and transport of solid particles is not well quantified. To study this phenomenon, we want to characterize the dynamics of particles in the sedimentary bed and in the flow near one (or more) immersed solid obstacle(s). We will develop an innovative experimental method (PIV image correlations) associated with the LIF (Laser Induced Fluorescence) technique to measure simultaneously the velocity fields of the fluid and the particles transported by the flow. A systematic study will be undertaken by varying the size of the obstacle (different cylinder with circular and/or square sections), and the properties of the particles forming the sedimentary bed (glass beads, sand, or clay to study effect of real cohesion soils). This will allow us to determine scaling laws on the coupling flow/particles, the shape of the layer of sediments in the vicinity of the obstacle, and the influence of an instability or turbulence in the wake of the pillars. Specific requirements to apply: This PhD thesis, mainly experimental, requires the development of a model system, the acquisition of data and the analysis by simple hydrodynamic modeling. The candidate must have received an advanced training in physics and fluid mechanics and have a pronounced taste for experimentation. The PhD thesis will take place at the laboratory FAST, in the framework of the SSHEAR project funded by the French National Agency of Research (2015-2018) in collaboration with public agencies related to soil mechanics (IFFSTAR, CEREMA) and private partners from railways and motorways (SNCF, COFIROUTE ...) that will bring complementary skills on large-scale experiments, field studies and numerical simulations