Optimisation hydrodynamique des vannes basculantes selon deux approches expérimentale et numérique en régime permanent et transitoire

Hydrodynamic optimization of tilting gates using both experimental and numerical methods under steady-state and transient conditions

• Auteur / Autrice : Angel Manjarres
• Direction : José Vazquez, Matthieu François Daniel Dufresne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 05/10/2023
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Benjamin Dewals
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guillaume Binet, Gabriel Guibu Pereira, Marion Frelat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gilles Belaud, Jean-Luc Bertrand-Krajewski

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génie hydraulique

Mécanique des fluides

Mots clés libres

Stockage en réseau

Vannes basculantes autonomes

Hydraulique

Hydrodynamique

Etudes expérimentales

Mécanique des fluides numérique

Instrumentation

Incertitudes

Assainissement

Network storage

Autonomous tilting gates

Hydraulics

Hydrodynamics

Experimental studies

Computational Fluid Dynamics

Instrumentation

Uncertainties

Sanitation

Résumé

Ce travail de recherche porte sur l'étude des solutions de stockage en réseau basées sur la mise en œuvre de vannes basculantes autonomes. Deux configurations d'installation sont possibles : au niveau d'un ouvrage de décharge ou directement en série dans le collecteur d'intérêt. Pour chaque équipement, l'étude repose sur des bases de données produites à l'aide de moyens expérimentaux ou de mécanique des fluides numérique, en considérant des conditions d'écoulement permanent ou transitoire. Dans le premier cas, la conception d'une vanne basculante fusible a été fiabilisée pour toutes les sollicitations hydrauliques, notamment en cas de submersion en aval. Un modèle mathématique a été développé, calibré et validé pour assurer un dimensionnement générique et fiable de ce type d'ouvrage, ainsi qu'un suivi métrologique précis. Dans le second cas, une conception innovante de vanne basculante a été théorisée puis validée expérimentalement pour atteindre des performances de stockage optimales en intégrant la contrainte majeure d'être traversée en continu par un écoulement. Cette conception a été protégée par un dépôt de brevet national. Une méthode de dimensionnement a également été développée et mise en œuvre dans l'élaboration d'un démonstrateur installé en conditions opérationnelles.

This thesis focuses on the study of network storage solutions based on the use of self-operated tilting gate systems. Two configurations are considered: at the level of a discharge chamber, or directly integrated in series in the main collector of interest. For each device, the study was carried out using databases produced using experimental and numerical fluid mechanics methods, and considering both steady-state and transient flow conditions. In the first case, the design of a fusible gate has been made robust to withstand every hydraulic condition, particularly downstream submersion. A mathematical model was developed, calibrated and validated to ensure generic and reliable design of this type of structure, as well as precise monitoring. In the second case, an innovative design for an overflow gate was theorized and then experimentally approved to achieve optimum storage performance, integrating the major constraint of the continuous flow through the structure. This design has been protected by a national patent.