Mélange des eaux à l'aval d'une confluence : Amélioration de la modélisation des flux de contaminant dans les cours d'eau et les réseaux d'assainissement

Mixing downstream a confluence : Improvment of the modeling of contaminant flows in watercourses and sewer systems

• Auteur / Autrice : Sébastien Pouchoulin
• Direction : Jérôme Le Coz, Nicolas Rivière
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 02/12/2019
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique des fluides et d'acoustique (Rhône ; Ecully, Rhône ; 1962) - Laboratoire de Mecanique des Fluides et d'Acoustique / LMFA
• Jury : Président / Présidente : José Vazquez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Le Coz, Nicolas Rivière, José Vazquez, Kamal El Kadi Abderrezzak, Mario Franca, Lylia Kateb
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Kamal El Kadi Abderrezzak, Mario Franca
• DOI : 10.70675/c54b8063ze87ez4ddfz8ca8zdb55b2923b25

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mécanique des fluides

Confluences (géographie)

Eaux usées -- Épuration

Hydrodynamique

Mots clés libres

Mécanique des fluides

Ecoulement des fluides

Confluence

Rivière

Pollution de l'eau

Réseau assainissement

Mélange

Comportement hydraulique

Expérience en laboratoire

Simulation numérique

Etude paramétrique

Mouvement des affluents

Fluid mechanics

Fluid flows

Confluence

River

Water pollution

Sewage line

Mixing

Hydraulic behaviour

Laboratory experiment

Numerical simulation

Parametric study

Upstream movement

Résumé

La thèse porte sur le mélange de deux écoulements à surface libre à l'aval de leur confluence. La finalité opérationnelle est de mieux paramétrer le mélange dans les modélisations de flux polluants dissous et particulaires dans les cours d’eau et les réseaux d’assainissement. Les objectifs scientifiques sont d'expliquer les grandes disparités observées dans la littérature sur l'efficacité de ce mélange, notamment en proposant une loi incluant les paramètres géométriques et hydrauliques de la confluence. Le travail comporte trois volets. Le premier est basé sur des expérimentations de terrain à la confluence Rhône-Saône. Il met en évidence qu'une brusque stratification verticale peut survenir sous certaines conditions hydrauliques. En l'absence de celle-ci, en revanche, les formulations classiques moyennés sur la verticale et basés sur un coefficient de mélange transverse modélisent correctement le mélange. Le second volet met en œuvre des expériences de laboratoire, avec une technique de mesure de concentrations originale utilisable en circuit fermé, fournissant ainsi une base de données précise. Le troisième volet est une étude paramétrique basée sur des simulations numériques hydrodynamiques 3D. Il met en évidence le rôle des paramètres principaux que sont : le rapport des quantités de mouvement des affluents amont, l'angle de la jonction et le rapport largeur/profondeur. Les résultats permettent d'expliquer les grandes disparités rapportées sur la longueur nécessaire pour atteindre le mélange à l'aval d'une confluence. Une paramétrisation, basée sur un coefficient de mélange transverse, est à présent disponible.

The thesis focuses on the mixing of two free surface flows downstream of their confluence. The operational goal is to better parameterize the mixing in the modeling of dissolved and particulate pollutant fluxes in watercourses and sewer networks. The scientific objectives are to explain the great disparities observed in the literature on the effectiveness of this mixture, in particular by proposing a law including the geometric and hydraulic parameters of the confluence. The work has three components. The first is based on field experiments at the Rhône-Saône confluence. It shows that a sudden vertical stratification can occur under certain hydraulic conditions. In the absence of this one, conventional formulations averaged on the vertical and based on a transverse mixing coefficient correctly model the mixing. The second component uses laboratory experiments, with an original concentration measurement technique that can be used in a closed circuit, thus providing a precise database. The third component is a parametric study based on 3D hydrodynamic numerical simulations. It highlights the role of the main parameters that are: the momentum ratio of the upstream tributaries, the angle of the junction and the width / depth ratio. The results make it possible to explain the large disparities reported over the length necessary to reach the mixture downstream of a confluence. Parameterization, based on a transverse mixing coefficient, is now available.