Contributions numériques pour l'étude du transport des sédiments sous les mascarets

Une etude de l'impact des mascarets sur le transport des sediments a l'aide de la simulation numerique a ete realisee dans ce travail. En utilisant le logiciel OpenFOAM CFD, nous avons genere 17 simulations numeriques de mascaret avec divers nombres de Froude Fr, allant de 0,99 a 1,66. Deux types de mascarets, ondulant et deferlant, ont ete couverts dans ces 17 simulations numeriques. Pour les particules sedimentaires non cohesives, nous avons utilise les equations de Maxey et Riley pour determiner la trajectoire des particules sedimentaires non cohesives sous l’influence d’un mascaret ondulant. En utilisant le schema Runge-Kutta du quatrieme ordre, une methode tracker resout les equations de Maxey et Riley qui necessitent l’information des champs de vitesse au temps t. Pour les particules sedimentaires cohesives, nous avons calcule la distribution des particules sedimentaires cohesives en utilisant un modele de transport de flocs, presente par Winterwerp (2001). Dans ce modele, la concentration volumique solide des sediments et le diametre des flocs D sont estimes. Les equations de transport de et D sont resolues en utilisant la methode des moments presentee par Beaudoin et al. (2002 et 2004). La methode des moments permet de reduire le temps CPU rendant possible une etude parametrique. De ce travail, nous avons trouve une classification du mascaret en fonction du nombre de Froude Fr. Cette classification est egalement basee sur l’etude menee par Furgerot (2014). Pour un nombre de Froude 1,04 1,57, le mascaret est totalement deferlant. Une analyse de la distribution de la pression a ete effectuee par Baddour et Song (1990). Nous avons trouve que les pressions totales et hydrostatiques d’un mascaret ondulant ont de grandes valeurs sous la crete et le creux. Dans le cas d’un mascaret ondulant, les pressions totales ne sont pas egales a les pressions hydrostatiques. Cela provoque la presence de pressions dynamiques. Dans le cas de mascaret deferlant, les pressions totales deviennent egales aux pressions hydrostatiques. La turbulence reduit les pressions dynamiques. L'impact des mascarets sur le transport de particules sedimentaires non cohesives et cohesives a ete etudie dans ce travail. Pour les particules sedimentaires non cohesives, nous avons observe que la trajectoire utilisant l’ecoulement genere par OpenFOAM est similaire a la trajectoire de type e proposee par Chen et al. (2010). Des modifications du modele de Chen ont ete faites en incluant les effets de la gravite, l’elevation et l’attenuation pour reproduire des trajectoires de particules non cohesives sous un mascaret ondulant. Nous avons obtenu des relations lineaires entre les parametres du modele de Chen modifie (β1 , β2 et β3) et le nombre de Froude Fr. C’est parce que le niveau de la turbulence du mascaret ondulant est faible. L’ecoulement induit par mascaret ondulant n’est pas complexe. Ce phenomene physique est quasi lineaire. Le parametre β1, lie a la celerite avant du mascaret ondulant, diminue lorsque le nombre de Froude Fr augmente. Les parametres β2 et β3, lies respectivement a l’elevation et a l’attenuation du mascaret deferlant, augmentent lorsque le nombre de Froude Fr augmente. Enfin, pour les particules sedimentaires cohesives, nous avons calcule la distribution de la taille des flocs D sous deux types de mascaret, ondulant et deferlant. Nous avons utilise le diametre initial de la particule sedimentaire cohesive d = 4 μm. La taille du floc initial D est egale a 10 μm avec la concentration du floc c = 0,5 kg/m3 . Et nous avons limite la taille maximale du floc a 2000 μm. Nous avons observe que la valeur maximal de la taille des flocs Dmax augmente de facon exponentielle par rapport au nombre de Froude Fr.