Thèse : Etude numérique et expérimentale du champ de vitesse en canaux composés

Afin de répondre à cette problématique, deux approches sont suivies répondant chacune à des enjeux scientifiques et techniques et sous la contrainte de verrous scientifiques. La première approche est une étude expérimentale dont le but est de combler le manque de connaissances sur la distribution de vitesse dans des canaux type réseaux (les données existantes concernent surtout les cours d’eau à lit majeur large par rapport au lit). Ainsi, après avoir passé en revue les différentes expérimentations déjà présentes dans la littérature, une série d’expérimentations, ayant un rapport lit majeur / largeur totale de 1/3 et une hauteur relative de 0,5 (hauteur d’eau lit majeur / hauteur totale) est effectuée dans le hall expérimental de l’équipe mécanique des fluides du laboratoire ICube. La deuxième approche est la modélisation 3D où il s’agit de modéliser un canal composé pour en déduire la distribution de vitesse dans une section transversale. Cette deuxième approche a pour but de développer une méthodologie de modélisation 3D du champ de vitesse en canaux composés. Pour cela quatre verrous scientifiques sont identifiés : Quel modèle de turbulence utiliser ? Quelles sont les conditions aux limites à imposer pour chaque modèle ? Comment identifier le maillage adéquat pour chaque cas ? La simulation des grandes échelles (LES) est-elle pertinente ?

Dans le but d’obtenir la distribution de la vitesse dans les canaux composés la CFD est utilisée et comparée à des données expérimentales. En plus des modèles de turbulence classiques (Kepsilon, K-oméga, RSM …) ; la simulation des grandes échelles est utilisée. Les résultats obtenus numériquement seront ensuite comparés à des données expérimentales. Dans cette étude, il s’agira de démontrer que les modèles de turbulence classiques utilisés très régulièrement en ingénierie pour modéliser des écoulements en canaux non composés peuvent être transposés aux canaux composés malgré la complexité que présentent ces écoulements. Le deuxième enjeu de cette étude est d’effectuer des modélisations en LES, en particulier de déterminer les conditions initiales les plus adéquates à ce type de modélisations.

Ce travail de thèse, qui a pour objectif de déterminer le profil de vitesse dans les canaux composés, est la combinaison d’un travail numérique et expérimental. Ces deux parties s’autoalimentent. L’étude numérique servira à optimiser la gestion des conditions aux limites dans le modèle expérimental et à construire le protocole expérimental, et l’expérimentation construira une base de données servant à valider le modèle numérique. Un travail de recherche bibliographique a été fait en amont et a permis de déterminer la géométrie de canal idéale à mettre en place expérimentalement. Une série de modélisations 3D a été faite dans le but de construire une méthodologie de modélisation prenant en compte tous les axes de la CFD.