Journées des doctorants 2017 - JDD2017 Jeudi 23 et Vendredi 24 Mars 2017 ISAE-ENSMA, Site du Futurscope, Chasseneuil-du-Poitou Estimation de la trajectoire des particules sédimentaires dans des mascarets à partir d’une modélisation numérique Yoga Satria Putra, Serge Huberson, Anthony Beaudoin et Lionel Thomas. Axe HydEE - Hydrodynamique Ecoulements Environnementaux Département D2, Institut Pprime CNRS – Université de Poitiers – ENSMA – UPR 3346 SP2MI – Téléport 2 – Boulevard Marie et Pierre Curie – BP 30179 F86962 FUTUROSCOPE CHASSENEUIL Cedex
Plan de la présentation : Journées des doctorants 2017 - JDD2017, Jeudi 23 et Vendredi 24 Mars 2017 ISAE-ENSMA, Site du Futurscope, Chasseneuil-du-Poitou Plan de la présentation : Introduction Modèles numériques Analyse des Résultats Conclusions CNRS – Université de Poitiers – ENSMA – UPR 3346 SP2MI – Téléport 2 – Boulevard Marie et Pierre Curie – BP 30179 F86962 FUTUROSCOPE CHASSENEUIL Cedex
Deux types de mascaret : Journées des doctorants 2017 - JDD2017, Jeudi 23 et Vendredi 24 Mars 2017 ISAE-ENSMA, Site du Futurscope, Chasseneuil-du-Poitou Introduction Modèles numériques Analyse des Résultats Conclusions Deux types de mascaret : Wave train River flow Front Tidal bore flow Bono, mascaret ondulant sur la rivière Kampar en Indonésie. (https://www.youtube.com/watch?v=Yn_A2HiamgU). Silver Dragon, mascaret déferlant sur la rivière Le Qiantang en Chine. H. Chanson. Tidal Bores, Aegir and Pororoca: the Geophysical Wonders. Proc. of 17th Congress of IAHR Asia and Pacific Division, IAHR-APD, Auckland, New Zealand, 21-24 Feb 2010. CNRS – Université de Poitiers – ENSMA – UPR 3346 SP2MI – Téléport 2 – Boulevard Marie et Pierre Curie – BP 30179 F86962 FUTUROSCOPE CHASSENEUIL Cedex
Introduction Modèles numériques Analyse des Résultats Conclusions Journées des doctorants 2017 - JDD2017, Jeudi 23 et Vendredi 24 Mars 2017 ISAE-ENSMA, Site du Futurscope, Chasseneuil-du-Poitou Introduction Modèles numériques Analyse des Résultats Conclusions C’est quoi un mascaret ? La direction de propagation du mascaret est opposée à celle du courant de la rivière. Un phénomène naturel dans les rivières présentant une embouchure en forme d’entonnoir. Tidal bore flow River flow Wave train Front Forme simplifiée d'un estuaire convergent (B. Simon, 2013). Mascaret ondulant dans le gulf Cook en Alaska (photo de Scott Dickerson, www.surfalaska.net). B. Simon, Eects of tidal bores on turbulent mixing: a numerical and physical study in positive surges. Thesis, Universite Bordeaux and University of Queensland, 2013. E. N. Pelinovskya, E. G. Shurgalinaa, and A. A. Rodina, Criteria for the Transition from a Breaking Bore to an Undular Bore, Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics, 51 (2015) 530-533 CNRS – Université de Poitiers – ENSMA – UPR 3346 SP2MI – Téléport 2 – Boulevard Marie et Pierre Curie – BP 30179 F86962 FUTUROSCOPE CHASSENEUIL Cedex
Similitude avec les ressauts hydrauliques : Journées des doctorants 2017 - JDD2017, Jeudi 23 et Vendredi 24 Mars 2017 ISAE-ENSMA, Site du Futurscope, Chasseneuil-du-Poitou Introduction Modèles numériques Analyse des Résultats Conclusions Similitude avec les ressauts hydrauliques : Nombre de Froude : Corrélation entre nombre de Froude et les mascarets : B. Simon, Effects of tidal bores on turbulent mixing: a numerical and physical study in positive surges. Phd Thesis, Universite Bordeaux and University of Queensland, Australia, 2013. L. Furgerot, Proprietes hydrodynamiques du mascaret et de son influence sur la dynamique sedimentaire. Une approche couplee en canal et in situ (estuaire de la See, Baie du Mont Saint-Michel). Phd These, University of Caen, France, 2014. CNRS – Université de Poitiers – ENSMA – UPR 3346 SP2MI – Téléport 2 – Boulevard Marie et Pierre Curie – BP 30179 F86962 FUTUROSCOPE CHASSENEUIL Cedex
Utiliser la modélisation numérique et physique pour : Journées des doctorants 2017 - JDD2017, Jeudi 23 et Vendredi 24 Mars 2017 ISAE-ENSMA, Site du Futurscope, Chasseneuil-du-Poitou Introduction Modèles numériques Analyse des Résultats Conclusions Utiliser la modélisation numérique et physique pour : Proposer une classification des mascarets par rapport au nombre de Froude Fr. Proposer un modèle des trajectoires des sédiments dans des mascarets ondulants. CNRS – Université de Poitiers – ENSMA – UPR 3346 SP2MI – Téléport 2 – Boulevard Marie et Pierre Curie – BP 30179 F86962 FUTUROSCOPE CHASSENEUIL Cedex
Introduction Modèles numériques Analyse des Résultats Conclusions Journées des doctorants 2017 - JDD2017, Jeudi 23 et Vendredi 24 Mars 2017 ISAE-ENSMA, Site du Futurscope, Chasseneuil-du-Poitou Introduction Modèles numériques Analyse des Résultats Conclusions Mascaret numérique : Leftwall Rightwall Lowerwall Atmosphere Block 1 Block 2 Block 3 Outlet Intlet Nx_mesh = 2400 Ny_mesh = 200 OpenFOAM, CFD code : Prise en compte de la turbulence : DNS, LES (Smagorinsky modèle) et RANS (kEpsilon modèle). Mouvement des phases : utilisation de la méthode de volumes finis pour résoudre les équations de Navier – Stokes, appliquées à chaque phase fluide. Suivi de l’interface eau/air : utilisation de la méthode VOF (Volume Of Fluids) qui consiste à résoudre une équation de transport pour la fraction volumique de la phase eau. OpenFOAM, The open source cfd toolbox, User guide, version 3.0.1, 2015. CNRS – Université de Poitiers – ENSMA – UPR 3346 SP2MI – Téléport 2 – Boulevard Marie et Pierre Curie – BP 30179 F86962 FUTUROSCOPE CHASSENEUIL Cedex
Equations de Maxey et Riley (1983) Journées des doctorants 2017 - JDD2017, Jeudi 23 et Vendredi 24 Mars 2017 ISAE-ENSMA, Site du Futurscope, Chasseneuil-du-Poitou Introduction Modèles numériques Analyse des Résultats Conclusions Sédiments numériques : Equations de Maxey et Riley (1983) Méthode Tracker : Méthode de résolution : Schéma d’intégration Runge-Kutta d’ordre 4. Estimation de la vitesse sur les particules par interpolation avec des fonctions Bsplines. M.R. Maxey et J.J. Riley, Equation of motion for a small rigid sphere in a nonuniform flow. Physics of Fluids, 26 883–889, 1983. W. Kutta, Beitrag zur naherungsweisen integration totaler differetialgleichungen. Z. Math. Phys, 46 435-453, 1901. CNRS – Université de Poitiers – ENSMA – UPR 3346 SP2MI – Téléport 2 – Boulevard Marie et Pierre Curie – BP 30179 F86962 FUTUROSCOPE CHASSENEUIL Cedex
Mascaret ondulant pour Fr = 1,21 : Journées des doctorants 2017 - JDD2017, Jeudi 23 et Vendredi 24 Mars 2017 ISAE-ENSMA, Site du Futurscope, Chasseneuil-du-Poitou Introduction Modèles numériques Analyse des Résultats Conclusions Mascaret ondulant pour Fr = 1,21 : Vitesse horizontale Vx (m/s) avec V0 = 0.74 m/s CNRS – Université de Poitiers – ENSMA – UPR 3346 SP2MI – Téléport 2 – Boulevard Marie et Pierre Curie – BP 30179 F86962 FUTUROSCOPE CHASSENEUIL Cedex
Mascaret déferlant pour Fr = 1,52 : Journées des doctorants 2017 - JDD2017, Jeudi 23 et Vendredi 24 Mars 2017 ISAE-ENSMA, Site du Futurscope, Chasseneuil-du-Poitou Introduction Modèles numériques Analyse des Résultats Conclusions Mascaret déferlant pour Fr = 1,52 : Vitesse horizontale Vx (m/s) avec V0 = 0.74 m/s. CNRS – Université de Poitiers – ENSMA – UPR 3346 SP2MI – Téléport 2 – Boulevard Marie et Pierre Curie – BP 30179 F86962 FUTUROSCOPE CHASSENEUIL Cedex
Ressauts hydrauliques Journées des doctorants 2017 - JDD2017, Jeudi 23 et Vendredi 24 Mars 2017 ISAE-ENSMA, Site du Futurscope, Chasseneuil-du-Poitou Introduction Modèles numériques Analyse des Résultats Conclusions Classification des mascarets Analyse de l’ecoulement avec la theorie de Lemoine: h1 Fr = 1.21 Fr = 1.47 Ressauts hydrauliques Mascarets ondulants Mascarets déferlants CNRS – Université de Poitiers – ENSMA – UPR 3346 SP2MI – Téléport 2 – Boulevard Marie et Pierre Curie – BP 30179 F86962 FUTUROSCOPE CHASSENEUIL Cedex
Analyse des trajectoires Journées des doctorants 2017 - JDD2017, Jeudi 23 et Vendredi 24 Mars 2017 ISAE-ENSMA, Site du Futurscope, Chasseneuil-du-Poitou Introduction Modèles numériques Analyse des Résultats Conclusions Analyse des trajectoires 1- Gravite 2- Elévation 3- Atténuation CNRS – Université de Poitiers – ENSMA – UPR 3346 SP2MI – Téléport 2 – Boulevard Marie et Pierre Curie – BP 30179 F86962 FUTUROSCOPE CHASSENEUIL Cedex
Analyse des trajectoires Journées des doctorants 2017 - JDD2017, Jeudi 23 et Vendredi 24 Mars 2017 ISAE-ENSMA, Site du Futurscope, Chasseneuil-du-Poitou Introduction Modèles numériques Analyse des Résultats Conclusions Analyse des trajectoires B1 = -0.4085 Fr + 0.7774 B2 = 17.438 Fr – 17.496 B3 = 2.7439 Fr – 3.1287 CNRS – Université de Poitiers – ENSMA – UPR 3346 SP2MI – Téléport 2 – Boulevard Marie et Pierre Curie – BP 30179 F86962 FUTUROSCOPE CHASSENEUIL Cedex
Introduction Modèles numériques Analyse des Résultats Conclusions Journées des doctorants 2017 - JDD2017, Jeudi 23 et Vendredi 24 Mars 2017 ISAE-ENSMA, Site du Futurscope, Chasseneuil-du-Poitou Introduction Modèles numériques Analyse des Résultats Conclusions Principaux résultats Limites du nombre de Froude entre les ressauts hydrauliques et les mascarets ondulants (Fr1 > 1,21), et entre les mascarets ondulants et déferlants (Fr2 >1,38). Introduction de trois paramètres dans le modèle de Chen, beta1, beta2 et beta3 pour simuler les trajectoires des particules avec un mascaret ondulant. Perspectives: Analyser la distribution de pression sous la surface libre lors du passage d'un mascaret : pour un mascaret ondulant, les pressions totale et hydrostatique sont différentes, la pression dynamique est non nulle. pour un mascaret déferlant, les pressions totale et hydrostatique sont identiques, la pression dynamique est nulle. CNRS – Université de Poitiers – ENSMA – UPR 3346 SP2MI – Téléport 2 – Boulevard Marie et Pierre Curie – BP 30179 F86962 FUTUROSCOPE CHASSENEUIL Cedex
Merci pour votre attention !!!