Simulations numériques de l'action de la houle sur des ouvrages marins dans des conditions hydrodynamiques sévères

par Xuezhou Lu

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Elie Rivoalen et de Jérôme Brossard.

Soutenue le 21-06-2016

à Le Havre , dans le cadre de École doctorale sciences physiques mathématiques et de l'information pour l'ingénieur (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; ....-2016) , en partenariat avec Normandie Université et de Laboratoire ondes et milieux complexes (Le Havre, Seine-Maritime) (laboratoire) .

Le président du jury était Gregorio Iglesias.

Le jury était composé de Olivier Kimmoun.

Les rapporteurs étaient Stéphane Abadie, Abdellatif Ouahsine.

mots clés

• Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH)
• Pression d'impact
• Modélisation CFD
• Impact
• Vagues
• Solitons
• Énergie des mers

Résumé

L'étude porte sur l'impact de vagues sur une paroi rigide en deux dimensions. Les travaux de modélisation numérique ont été réalisés à partir du code JOSEPHINE, utilisant la méthode Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH), développé au sein du laboratoire LOMC. La méthode choisie repose sur une approximation faiblement compressible des équations d'Euler. Dans un premier temps, l'étude d'un cas académique de l'impact d'un jet triangulaire a permis de valider et améliorer le schéma numérique permettant la modélisation d'impacts violents. Les pressions d'impacts ont été étudiées et comparées à d'autres résultats analytiques et numériques. Dans un second temps, l'impact d'une vague solitaire déferlante a été modélisé. Les pressions d'impact ont été déterminées et comparées avec celles issues d'expériences. Après une analyse numérique approfondie des simulations mono-phasiques, un modèle diphasique a été spécifiquement développé pour tenir compte à la fois des phases eau et air. Le modèle SPH diphasique a permis d'améliorer la qualité des résultats, notamment pour le cas « air pocket impact », où une poche d'air est emprisonnée lors de l'impact. Le but final de ce travail est d'étudier la survivabilité des récupérateurs d'énergie marine adossés à des structures côtières lors d'événements météorologiques violents.

mots clés

• Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH)
• Waves
• Impact pressure
• Solitons
• Marine energy
• Computational Fluid Dynamics

Titre traduit

Numerical simulations of wave impacts on structures under severe hydrodynamic conditions

Résumé

The present manuscript focuses on the wave impact on a rigid wall in two dimensions. The numerical computations were performed using a Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) software named JOSEPHINE, developed at the LOMC laboratory. The software is based on a weakly-compressible SPH model, where Euler equation of motion is solved. Firstly, an academic test case, the impact of a triangular jet was used to validate and improve the numerical scheme to model violent impacts.The impact pressures were studied and compared to analytical and other numerical results. Secondly, the impact of a breaking solitary wave was modelled.The impact pressures were determined and compared with those obtained in the experiments. After a depth numerical analysis of mono-phase flow computations, a two-phase model was developed specifically to consider both water and air phases. The two-phase SPH model improved the results quality, especially for the case "air pocket impact", where an air pocket is trapped during the impact. The ultimate goal of this work is to study the survivability of coastal structures equipped with a marine energy recovery device during severe weather events.