La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

1 Soutenance de thèse présentée le 18 Février 2005 par Tobias Böhm Jury : H. Herrmann (ICP Uni Stuttgart) D. Lhuillier (LMM Paris) F. Métivier (IPG Paris)

Présentations similaires


Présentation au sujet: "1 Soutenance de thèse présentée le 18 Février 2005 par Tobias Böhm Jury : H. Herrmann (ICP Uni Stuttgart) D. Lhuillier (LMM Paris) F. Métivier (IPG Paris)"— Transcription de la présentation:

1 1 Soutenance de thèse présentée le 18 Février 2005 par Tobias Böhm Jury : H. Herrmann (ICP Uni Stuttgart) D. Lhuillier (LMM Paris) F. Métivier (IPG Paris) J.-L. Reboud (LEMD Grenoble) C. Ancey (EPF Lausanne) P. Frey (Cemagref Grenoble) Mouvement et interaction dun ensemble de particules dans un écoulement supercritique Unité Erosion Torrentielle, Neige et Avalanches

2 2 Rapport avec un torrent ? Canal modèle Mouvement et interaction dun ensemble de particules dans un écoulement supercritique Ecoulement supercritique faible longueur du canal fréquent si la pente est forte régime dun écoulement à surface libre vitesse du fluide > vitesse des ondes de surface Rapport avec un torrent ? Canal modèle Ecoulement supercritique faible longueur du canal fréquent si la pente est forte Particules billes sphériques, Ø6 mm cailloux de tailles et de formes diverses ~100 billes de cailloux de cailloux Ensemble trajectoires 2D Mouvement difficulté daccès Interaction collisions, contacts, influence de leau + géomorphologie, biosphère, etc. Que peut-on apprendre sur le transport sédimentaire grâce à un canal modèle ?

3 3 Contexte de létude 3 Enjeux pour les gestionnaires Risques liés aux crues Lien avec des problèmes de la morphologie et de lécologie Ici le cas des torrents Forte pente (2-20 %)Forte pente (2-20 %) Particules grossières (~1 cm),Particules grossières (~1 cm), granulométrie étendue Transport sédimentaire dans les cours deau Charriage : saltation et roulementCharriage : saltation et roulement des particules Concentration solide élevée (~10 %)Concentration solide élevée (~10 %) Fortes fluctuations du transport solideFortes fluctuations du transport solide

4 4 Plan de la présentation Introduction 1.Approches en transport solide Méthodes 2.Dispositif expérimental 3.Traitement dimages et de données Résultats 4.Fluctuations du débit solide 5.Influence du débit et de la pente 6.Conclusion

5 5 1 Approches en transport solide Introduction 1.Approches en transport solide Méthodes 2.Dispositif expérimental 3.Traitement dimages et de données Résultats 4.Fluctuations du débit solide 5.Influence du débit et de la pente 6.Conclusion

6 6 Equations physiques Mécanique des milieux continus Equations Saint Venant : Continuité de la phase deau Bilan de la quantité de mouvement Equation Exner : Continuité de la phase solide Il manque une 4ème équation ! 1. Approches en transport solide

7 7 Formules du transport solide Meyer-Peter (1948) Premières approches Shields (1936) : contrainte de cisaillement sur le fond, valeur seuil c Bagnold (1956) : Revue bibliographique Rickenmann (1991) Seuil de transport Remise en cause de lhypothèse de Bagnold Seminara, Solari & Parker (2002, 2003) Approches en transport solide

8 8 Approches alternatives Einstein (1950, 1952) : probabiliste, entraînement et dépôt : Revue bibliographique Jenkins & Hanes (1998) : théorie cinétique des gaz Simulations des trajectoires des particules Wiberg & Smith (1985) Schmeeckle & Nelson (2003) Approche récente au Cemagref : microstructure Thèse de F. Bigillon (2001) mouvement dune seule particule 1. Approches en transport solide

9 9 2 Dispositif expérimental Introduction 1.Approches en transport solide Méthodes 2.Dispositif expérimental 3.Traitement dimages et de données Résultats 4.Fluctuations du débit solide 5.Influence du débit et de la pente 6.Conclusion

10 10 Schéma du canal Longueur du canal : 2 m 2. Dispositif expérimental Simplifier le problème alimentation en billes, n solide parois (vitres en verre) éclairage diffuseur obstacle au PC alimentation en eau, q liquide pente billes en verre Ø6 mm eau chargée lit mobile fond fixe métallique. caméra rapide

11 11 Photos du canal Merci à F. Ousset, C. Eymond-Gris & H. Bellot.2. Dispositif expérimental Comment injecter 20 billes par seconde dans un canal ?

12 12 Extrait dune séquence dimages Séquence ralentie (facteur 10) Caméra : 130 images/s Dimensions de limage : 25 cm x 5 cm (640 x 120 pixel) Conditions expérimentales : –Pente : tan =10 % –Débits : n solide = 8 billes/s, q liquide = 5.39 x 10 –3 m -2 /s –Alimentation constante équilibre du transport solide. 2. Dispositif expérimental Canal étroit, mouvement 2D Régimes : saltation, roulement, arrêt Transitions de régimes : « lit mobile »

13 13 3 Traitement dimages et de données Introduction 1.Approches en transport solide Méthodes 2.Dispositif expérimental 3.Traitement dimages et de données Résultats 4.Fluctuations du débit solide 5.Influence du débit et de la pente 6.Conclusion

14 14 Schéma du traitement informatique 3. Traitement dimages et de données Collaboration avec le TSI UMR 5516 à St Etienne Wima Algorithmes développés en langage C Merci à C. Ducottet, N. Bochard & J. Jay.

15 15 Détection des positions des particules 3. Traitement dimages et de données Image originale Traitement dimages 1. recherche des motifs 2. recherche des maxima 3. seuillage4. extraction des positions Bille de modèle

16 16 Suivi des trajectoires Une publication est en préparation.3. Traitement dimages et de données … 9.0DB 9.5CB 7.1CA distim2im1 Tableau des associations

17 17 Définition des états de mouvement 3. Traitement dimages et de données Trois états de mouvement : saltation roulement : voisinage dune bille roulement arrêt : vitesse seuil u t = m/s Moyenne sur 5 images

18 18 4 Fluctuations du débit solide Introduction 1.Approches en transport solide Méthodes 2.Dispositif expérimental 3.Traitement dimages et de données Résultats 4.Fluctuations du débit solide 5.Influence du débit et de la pente 6.Conclusion

19 19 Fluctuations du débit solide n 4. Fluctuations du débit solide. Fluctuations à léchelle de la seconde Equilibre du transport à léchelle de la minute

20 20 Expériences avec 4 fonds différents ALit fixe, fond lisse 4. Fluctuations du débit solide DLit mobile, plus désordonné BLit fixe, fond rugueux CLit mobile, assez ordonné Augmenter le nombre de processus de transport solide pris en compte complexité Böhm et al., Phys. Rev. E, Conditions : pente tan =10 %, débit solide n = 8 billes/s. Influence de la rugosité du fond et du lit mobile

21 21 Profils verticaux de débit solide 4. Fluctuations du débit solide Ancien fond trop régulier : formation de couches pics de saltation et de roulement Nouveau fond : plus de désordre imbrication des couches de roulement et de saltation Influence de la rugosité du fond Fond D plus désordonné Fond C assez ordonné

22 22 Profils verticaux de transport 4. Fluctuations du débit solide débit solide Fond D = concentration vitesse _us_us _ur_ur _uf_uf

23 23 Propagation des billes dans le plan (x, t) saltation 4. Fluctuations du débit solide roulement 23 cm 2 s Mouvement collectif des particules en roulement !

24 24 5 Influence du débit et de la pente Introduction 1.Approches en transport solide Méthode 2.Dispositif expérimental 3.Traitement dimages et de données Résultats 4.Fluctuations du débit solide 5.Influence du débit et de la pente 6.Conclusion

25 25 Aperçu des expériences réalisées 5. Influence du débit et de la pente Débit solide Pente du canal Merci à Magali Jodeau.

26 26 Nombres adimensionnels Valeurs moyennes 5. Influence du débit et de la pente Nombre de Reynolds écoulement turbulent Nombre de Froude supercritique Nombre de Shields> seuil de mvt Submersion relative faible Concentration solide du débit élevée Pente raide

27 27 Influence du débit 5. Influence du débit et de la pente Pente du canal Débit solide

28 28 Toujours % de saltation et ~40 % de roulement Profils verticaux de débit solide 5. Influence du débit et de la pente Augmentation : débits solide et liquide, hauteur deau Transport augmente surtout dans les couches supérieures Niveau deau moyen 5.7 billes/s7.9 billes/s20.6 billes/s

29 29 Influence de la pente 5. Influence du débit et de la pente Pente du canal Débit solide

30 30 Influence de la pente sur le transport 5. Influence du débit et de la pente Pente : 12.5 % (hauteur deau faible, forte concentration) Pente : 7.5 % (hauteur deau élevée, faible concentration) même débit solide n.

31 31 Superposition des trajectoires 5. Influence du débit et de la pente Pente : 12.5 % (hauteur deau faible, forte concentration) Pente : 7.5 % (hauteur deau élevée, faible concentration) même débit solide n. Acte de colloque Powders & Grains fréquence

32 32 Toutes les expériences 5. Influence du débit et de la pente Pente du canal Débit solide

33 33 Contribution des particules en saltation à n. 5. Influence du débit et de la pente hauteur deau

34 34 Comparaison avec une formule de transport 5. Influence du débit et de la pente Contrainte de cisaillement adimensionelle Débit solide adimensionel

35 35 Comparaison avec une formule de transport Débit adimensionel des particules en saltation Contrainte de cisaillement adimensionelle 5. Influence du débit et de la pente

36 36 6 Conclusion Introduction 1.Approches en transport solide Méthodes 2.Dispositif expérimental 3.Traitement dimages et de données Résultats 4.Fluctuations du débit solide 5.Influence du débit et de la pente 6.Conclusion

37 37 Conclusion : Dispositif expérimental 6. Conclusion 2 Transport solide dans un canal expérimental idéalisé Mouvement des billes 2D capturer la totalité du mouvement dun ensemble de particules Perspectives Elargir le canal mouvement 3D Deux tailles de particules phénomènes de ségrégation pour se rapprocher des phénomènes réels du torrent

38 38 4 Conclusion : Résultats principaux 6. Conclusion 5 Fluctuations importantes du débit solide Mouvement collectif des particules Grande influence de la structure du lit sur le transport Pour la pente de 10 % (variation du débit): toujours % de saltation et ~40 % de roulement Pour des fortes pentes (15 %) le roulement devient très important (~80 %) car h/d est faible

39 39 Conclusion : Impact des résultats 6. Conclusion Perspectives Comparaison de nos résultats avec un modèle existant (Simulations des trajectoires des particules, Schmeeckle & Nelson 2003) Développement dun modèle microstructurel de transport solide

40 40 Vielen Dank!

41 41 Annexes

42 42 Vitesses caractéristiques 5. Influence du débit et de la pente Fluide : Particules en roulement : Particules en saltation : Valeurs moyennes

43 43 Relation : h/d = f(tan /C s ) François Métivier (IPG Paris)


Télécharger ppt "1 Soutenance de thèse présentée le 18 Février 2005 par Tobias Böhm Jury : H. Herrmann (ICP Uni Stuttgart) D. Lhuillier (LMM Paris) F. Métivier (IPG Paris)"

Présentations similaires


Annonces Google