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

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

Déborah DREVARD Encadrée par : Vincent REY et Philippe FRAUNIE

Présentations similaires


Présentation au sujet: "Déborah DREVARD Encadrée par : Vincent REY et Philippe FRAUNIE"— Transcription de la présentation:

1 Déborah DREVARD Encadrée par : Vincent REY et Philippe FRAUNIE
Soutenance de thèse Etude expérimentale et numérique d’ondes de gravité en zone de déferlement Déborah DREVARD Encadrée par : Vincent REY et Philippe FRAUNIE

2 Zone de déferlement

3 Problématique Zone de déferlement : Courants Problèmes : Turbulence
Réflexion Problèmes : Stabilité de plages, érosion Ensablement de ports Tenue des ouvrages côtiers

4 Objectifs Mesures de houles partiellement stationnaires à partir de données synchrones de vitesses horizontales et verticales et/ou de pression. Validation expérimentale d'un couplage de deux modèles BIEM et Navier-Stokes/VOF pour l’étude de la propagation et du déferlement d’une onde solitaire.

5 Plan de l’exposé Partie I - Mesure de houles partiellement stationnaires en zones côtière et littorale Méthodes de calcul des caractéristiques de la houle à partir de données de pression et de vitesses Applications Partie II - Modélisation du déferlement Présentation des modèles utilisés Validation expérimentale des modèles Conclusion

6 Partie I Mesure de houles partiellement stationnaires en zones côtière et littorale

7 Partie II - Modélisation du déferlement
Partie I - Mesure de houles partiellement stationnaires en zones côtière et littorale Méthodes de calcul des caractéristiques de la houle à partir de données de pression et de vitesses Instruments de mesures Théorie des ondes Analyse des données Caractéristiques de la houle partiellement stationnaire Applications Partie II - Modélisation du déferlement Présentation des modèles utilisés Validation expérimentale des modèles Conclusion

8 Instruments de mesures utilisés
Partie I Méthodes de calcul des caractéristiques de la houle à partir de données de vitesses et de pression. Instruments de mesures utilisés Instruments de type acoustique (ADV) Mesures de vitesses horizontales et verticales, et de la pression Instruments de type électromagnétique (S4) Mesure des vitesses horizontales et de la pression Capteurs de pression Mesures de la pression

9 Théorie des ondes (1) Partie I
Méthodes de calcul des caractéristiques de la houle à partir de données de vitesses et de pression. Théorie des ondes (1) Théorie des ondes en profondeur finie pour une onde monochromatique - Approche linéaire (Stokes premier ordre ou houle d’Airy): Où les vitesses sont données par Et la pression par

10 Théorie des ondes (2) Partie I
Méthodes de calcul des caractéristiques de la houle à partir de données de vitesses et de pression. Théorie des ondes (2) - Approche non linéaire (Stokes second ordre): et avec: En profondeur infinie

11 Analyse des données Partie I
Méthodes de calcul des caractéristiques de la houle à partir de données de vitesses et de pression. Analyse des données Mesures de vitesses horizontale et verticale (u et w), et/ou de pression p à partir d’instruments tels que ADV, S4 ou des capteurs de pression. FFT Pour chaque composante fréquentielle fi, on obtient l’amplitude et la phase de chacun des signaux u, w et p. Onde partiellement stationnaire On retrouve ainsi la fréquence de l'onde et les amplitudes incidente ai et réfléchie ar en combinant (u,p) ou (u,w).

12 Caractéristiques de la houle partiellement stationnaire
Partie I Méthodes de calcul des caractéristiques de la houle à partir de données de vitesses et de pression. Caractéristiques de la houle partiellement stationnaire - Sans courant Méthode (u,w) Méthode (u,p)

13 Caractéristiques de la houle partiellement stationnaire
Partie I Méthodes de calcul des caractéristiques de la houle à partir de données de vitesses et de pression. Caractéristiques de la houle partiellement stationnaire - Avec courant Méthode (u,w) Méthode (u,p)

14 Partie I - Mesure de houles partiellement stationnaires en
Partie I - Mesure de houles partiellement stationnaires en zones côtière et littorale Méthodes de calcul des caractéristiques de la houle à partir de données de pression et de vitesses Applications Mesures en bassin Etude des effets non linéaires Influence du courant Applications in situ Influence de la profondeur d’immersion de l’ADV Application en zone de déferlement Partie II - Modélisation du déferlement Présentation des modèles utilisés Validation expérimentale des modèles Conclusion

15 Dispositif expérimental:
Partie I Applications Mesures en bassin: étude des effets non linéaires Dispositif expérimental: Expériences dans le bassin à houle de l’ISITV (Var) Objectif: retrouver les caractéristiques d’une houle partiellement stationnaire à partir de mesures de pression et de vitesses horizontale et verticale en profondeur finie et infinie.

16 Profondeur infinie: f=1.1 Hz et a=0.03 m
Partie I Applications Mesures en bassin: étude des effets non linéaires Partie I-2) Applications a) Mesures en bassin: étude des effets non linéaires Profondeur infinie: f=1.1 Hz et a=0.03 m Spectres de la déformée de la surface libre obtenus à partir: (a) des données de vitesses et de pression de l’ADV (b) des sondes résistives Réflexion de l'ordre de 18% (sondes) et de 11% (ADV: méthode (u,w)) Présence d'harmoniques avec les sondes

17 Profondeur intermédiaire: f=0.5 Hz et a=0.03 m
Partie I Applications Mesures en bassin: étude des effets non linéaires Partie I-2) Applications a) Mesures en bassin: étude des effets non linéaires Profondeur intermédiaire: f=0.5 Hz et a=0.03 m Spectres de la déformée de la surface libre obtenus à partir: (a) des données de vitesses et de pression de l’ADV (b) des sondes résistives Réflexion de l'ordre de 7,5% (sondes, ADV: méthode (u,w)) et de 5% (ADV: méthodes (u,p)) Présence d'harmoniques avec les sondes et l'ADV

18 Dispositif expérimental:
Partie I Applications Mesures en bassin: influence du courant Partie I-2) Applications a) Mesures en bassin: influence du courant Dispositif expérimental: Expériences au BGO FIRST (Var) Objectif: mesures de réflexion de vagues sur un fond sinusoïdal en présence de courant pour des houles régulières et irrégulières.

19 Houle régulière Partie I Applications
Mesures en bassin: influence du courant Houle régulière sans courant avec courant Données de l'ADV Données des sondes à houle Réflexion importante autour de 0.52 Hz Réflexion plus faible en f=0.52 Hz (convergence du fond)

20 Houle irrégulière Partie I Applications
Mesures en bassin: influence du courant Houle irrégulière Evolution de l'énergie pour une houle spectrale de période Tp=1.813s Données des sondes à houle Données de l'ADV onde incidente onde réfléchie Réflexion de % en énergie. Bon accord des résultats entre sondes à houle et ADV.

21 Partie I - Mesure de houles partiellement stationnaires en
Partie I - Mesure de houles partiellement stationnaires en zones côtière et littorale Méthodes de calcul des caractéristiques de la houle à partir de données de pression et de vitesses Applications Mesures en bassin Etude des effets non linéaires Influence du courant Applications in situ Influence de la profondeur d’immersion de l’ADV Application en zone de déferlement Partie II - Modélisation du déferlement Présentation des modèles utilisés Validation expérimentale des modèles Conclusion

22 Dispositif expérimental:
Partie I Applications Applications in situ: influence de la profondeur d’immersion (ADV) Dispositif expérimental: Têtes des ADV mesurant les vitesses Capteurs de pression A3 Objectif: mesure du coefficient de réflexion suivant deux méthodes (uh,w) ou (uh,p) à deux profondeurs différentes A2 (0,73 m) et A3 (1,32 m). A2

23 Applications in situ: influence de la profondeur d’immersion (ADV)
Partie I Applications Applications in situ: influence de la profondeur d’immersion (ADV) Méthodes en accord loin du fond. Méthode (uh,w) non valide près du fond. Méthode (uh,p) Méthode (uh,w) ADV A2 mesure à 0.73 m ADV A3 mesure à 1.32 m Evolution de la hauteur d'eau

24 Dispositif expérimental:
Partie I Applications Applications in situ: application en zone de déferlement Dispositif expérimental: P1- P5: ligne de capteurs de pression H1, H2 et H3: S4 C1: ADV Objectif: étude d’états de mer résultant d'une tempête puis de la superposition d’une houle et d’une mer du vent (plage de Sète).

25 Condition de tempête Partie I Applications
Applications in situ: application en zone de déferlement Condition de tempête Spectre d'énergie pour les deux S4 disposés: Le plus au large Le plus près de la côte onde incidente onde réfléchie hyp. onde progressive Diminution progressive de l’énergie => l’onde déferle sur la barre externe Réflexion relativement faible

26 Condition de superposition d’une houle et d’une mer du vent
Partie I Applications Applications in situ: application en zone de déferlement Condition de superposition d’une houle et d’une mer du vent Spectre d'énergie pour les deux S4 disposés: Le plus au large Le plus près de la côte onde incidente onde réfléchie hyp. onde progressive Observation du déferlement de la vague de vent avant la fosse interne Réflexion quasi identique au niveau de la fosse interne et du glacis => correspond à une réflexion par le haut de plage.

27 Conclusion de la partie I
Bonne information sur le coefficient de réflexion à partir de (uh,w) et (uh,p). Ces deux méthodes peuvent être utilisées lorsque les instruments sont déployés assez loin du fond. En zone côtière, on utilisera plutôt (uh,p). Ces méthodes restent valides en présence d'un courant uniforme.

28 Modélisation du déferlement
Partie II Modélisation du déferlement

29 Partie I - Mesure de houles partiellement stationnaires en
Partie I - Mesure de houles partiellement stationnaires en zones côtière et littorale Méthodes de calcul des caractéristiques de la houle à partir de données de pression et de vitesses Applications Partie II - Modélisation du déferlement Présentation des modèles utilisés Couplage des deux modèles BIEM/Navier-Stokes/VOF Modèle Navier-Stokes/SL-VOF Validation expérimentale des modèles Conclusion

30 Couplage des modèles BIEM et Navier-Stokes/VOF
Partie II Présentation des modèles utilisés Couplage des modèles BIEM et Navier-Stokes/VOF Modèle BIEM: irrotationnel Shoaling Déferlement Calcul des conditions initiales pour le modèle VOF-NS Modèle VOF-NS: rotationnel mais induit de la dissipation numérique et des calculs coûteux Déferlement Jet de rive

31 Modèle Navier-Stokes/SL-VOF
Partie II Présentation des modèles utilisés Modèle Navier-Stokes/SL-VOF Ecoulement 2D ou 3D, incompressible et rotationnel. Ecoulement monophasique: les équations de Navier-Stokes (NS) sont résolues uniquement dans le fluide. Méthode de suivi d'interface SL-VOF (Semi Lagrangian - Volume Of Fluid) : Méthode utilisant les deux concepts suivants: - VOF (Hirt and Nichols, 1981) - PLIC (Piecewise Linear Interface Calculation) (Li, 1995) Advection de l'interface : schéma Lagrangien (2D : Guignard et al., 2001, 3D : Biausser et al 2004).

32 Partie I - Mesure de houles partiellement stationnaires en
Partie I - Mesure de houles partiellement stationnaires en zones côtière et littorale Méthodes de calcul des caractéristiques de la houle à partir de données de pression et de vitesses Applications Partie II - Modélisation du déferlement Présentation des modèles utilisés Validation expérimentale des modèles Propagation d’une onde solitaire sur une marche Déferlement d’une onde solitaire sur un fond de pente constante 1/15. Conclusion

33 Dispositif expérimental:
Partie II Validation expérimentale des modèles Propagation d’une onde solitaire sur une marche Dispositif expérimental: Domaine de calcul: longueur de 8 m hauteur de 0.75 m 1000*200 mailles Configuration des expériences de Yasuda (1997) Cas test expérimental (Helluy et al., 2005)

34 Evolution d’une onde solitaire (1)
Partie II Validation expérimentale des modèles Propagation d’une onde solitaire sur une marche Evolution d’une onde solitaire (1)

35 Evolution d’une onde solitaire (2)
Partie II Validation expérimentale des modèles Propagation d’une onde solitaire sur une marche Evolution d’une onde solitaire (2) Simulations avec le modèle VOF-NS Simulations avec le modèle BIEM Impact du jet à: m avec le modèle VOF-NS m avec le modèle BIEM

36 Elévation de la surface libre
Partie II Validation expérimentale des modèles Propagation d’une onde solitaire sur une marche Partie II-Validation expérimentale des modèles Propagation d’une onde solitaire ur une marche Elévation de la surface libre Comparaison de l’élevation de la surface libre Simulations Expériences VOF-NS BIEM

37 Champ de vitesses Partie II Validation expérimentale des modèles
Propagation d’une onde solitaire sur une marche Champ de vitesses t=0.35 s t=0.56 s t=0.63 s Bon accord avec l’observation du déferlement d’une onde sur une pente (Grilli et al., 2004)

38 Dispositif expérimental:
Partie II Validation expérimentale des modèles Déferlement d’une onde solitaire sur un fond de pente constante 1/15 Dispositif expérimental: Configuration des expériences de l'EGIM L'onde solitaire initiale est sélectionnée à deux instants différents: - t=6.99 s où la crête de l'onde est à x=10 m (I2). t=8.75 s où la crête est à x=13.9 m (I3).

39 Evolution d’une onde solitaire (1)
Partie II Validation expérimentale des modèles Déferlement d’une onde solitaire sur un fond de pente constante 1/15 Evolution d’une onde solitaire (1)

40 Evolution d’une onde solitaire (2)
Partie II Validation expérimentale des modèles Déferlement d’une onde solitaire sur un fond de pente constante 1/15 Evolution d’une onde solitaire (2) Comparaison de la forme de la surface libre: Expériences Simulations à partir de l’initialisation I2, le plus loin du point de déferlement Simulations à partir de l’initialisation I3 Impact du jet à: m avec l'initialisation I2 et m avec I3. - entre 14.5 et m avec les expériences.

41 Elévation de la surface libre
Partie II Validation expérimentale des modèles Déferlement d’une onde solitaire sur un fond de pente constante 1/15 Elévation de la surface libre Comparaison de l’élévation de la surface libre Simulations à partir du modèle VOF-NS Simulations à partir du modèle BIEM Expériences I2, initialisation à x=10m I3, initialisation à x=13.9m

42 Mesures de vitesses par technique PIV
Partie II Validation expérimentale des modèles Déferlement d’une onde solitaire sur un fond de pente constante 1/15 Mesures de vitesses par technique PIV

43 Comparaison du module de vitesses
Partie II Validation expérimentale des modèles Déferlement d’une onde solitaire sur un fond de pente constante 1/15 Comparaison du module de vitesses

44 Comparaison du champ de vitesses (expériences récentes)
Partie II Validation expérimentale des modèles Déferlement d’une onde solitaire sur un fond de pente constante 1/15 Comparaison du champ de vitesses (expériences récentes)

45 Conclusion de la partie II
Simulations numériques satisfaisantes avec le couplage des deux modèles pour le profil et l’élévation de la surface libre. Perte d’amplitude de l’onde si la solution initiale donnée par BIEM est trop loin du point de déferlement. Le couplage des deux modèles permet de réduire ce type de problème. Bon accord entre expériences et simulations numériques pour la comparaison de l'élévation de la surface libre et du champ de vitesses. Bons résultats lors de l'inter-comparaison de modèles (Helluy et al., 2005).

46 Conclusion générale et perspectives
Etude expérimentale: Quantifier les effets non linéaires. Prise en compte de la direction de propagation et de la répartition angulaire. Etude numérique: Simulations en diphasique Comparaison du champ de vitesses avec les nouvelles manips de l'EGIM Comparaison avec d’autres modèles VOF

47 Perspectives plus larges: ANR TSUMOD
Etude de la propagation et du déferlement des ondes longues de type « Tsunami ». Application à la méditerranée occidentale: - étude numérique en z=-0.1 m en z=-0.2 m vitesse horizontale vitesse verticale pression Mesures de pression et de vitesses à deux profondeurs différentes: en z=-0.1 m en z=-0.2 m - étude expérimentale: mise en place d’instrumentation, mesure des directions de propagation, développement d’algorithmes dans la continuité de ceux développés pour les mesures en zone de déferlement.

48 Déborah DREVARD Encadrée par : Vincent REY et Philippe FRAUNIE
Soutenance de thèse Etude expérimentale et numérique d’ondes de gravité en zone de déferlement Déborah DREVARD Encadrée par : Vincent REY et Philippe FRAUNIE

49 Partie I-2) Applications
a) Mesures en bassin: étude des effets non linéaires Signal temporel obtenu à partir des données de vitesses horizontale u (rouge) et verticale w (bleu) pour les cas de profondeur infinie (a) et finie (b).

50 Modèle BIEM (Boundary Integral Element Method)
Partie II Présentation des modèles utilisés Modèle BIEM (Boundary Integral Element Method) Ecoulement 2D ou 3D, non-visqueux, incompressible et irrotationnel. Equations de conservation de la masse et de conservation de la quantité de mouvement résolues sur les frontières: surface libre, fond et frontières latérales. Formulation intégrale aux frontières : Les équations intégrales aux frontières (BIE: Boundary Integral Equation) sont obtenus à partir de la fonction de Green. Un développement en série de Taylor au second ordre est utilisé pour la discrétisation temporelle.

51 Modèle Navier-Stokes/SL-VOF
Partie II Présentation des modèles utilisés Modèle Navier-Stokes/SL-VOF Ecoulement 2D ou 3D, incompressible et rotationnel. Ecoulement monophasique: les équations de Navier-Stokes (NS) sont résolues uniquement dans le fluide. Discrétisation spatiale en volumes finis centrés. Résolution des équations: méthode de "pseudo-compressibilité". Méthode de suivi d'interface SL-VOF (Semi Lagrangian - Volume Of Fluid) : Méthode utilisant les deux concepts suivants: - VOF (Hirt and Nichols, 1981) - PLIC (Piecewise Linear Interface Calculation) (Li, 1995) Advection de l'interface: schéma Lagrangien (2D : Guignard et al., 2001, 3D : Biausser et al 2004).


Télécharger ppt "Déborah DREVARD Encadrée par : Vincent REY et Philippe FRAUNIE"

Présentations similaires


Annonces Google