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Contexte et enjeux
Comprendre le transport de particules en milieu poreux pour prédire la cinétique de transit et les éventuelles zones de dépôt est un enjeu de taille dans un grand nombre de secteurs d’application environnementaux : pollution des sols, transport sédimentaire, biologie aquatique. Un autre domaine concerné par cette problématique est celui de l’érosion interne des ouvrages hydrauliques en terre. A l’heure actuelle, cette érosion constitue le principal risque de rupture des ouvrages de protection (digues) ou de rétention (bassin, petit barrage). En effet, après infiltration initiale de l’eau dans un ouvrage en terre, l’écoulement hydraulique ainsi amorcé est susceptible d’éroder très lentement l’ouvrage. Un des principaux outils de défense vis-à-vis de cette érosion interne consiste à interposer des couches filtrantes constituées de matériaux plus grossiers. La capacité de piégeage des particules fines dans le filtre aussi bien que les caractéristiques du transit en son sein nécessitent une meilleure compréhension physique de ces mécanismes de transport de particules dans un sol granulaire.
Description
Le cadre de cette étude se restreint au cas de particules millimétriques et submillimétriques se déplaçant sous l’effet de la gravité à l’intérieur d’un milieu poreux modèle constitué de billes sphériques de taille supérieure d’un ordre de grandeur à celle des particules percolantes. Une technique d’ajustement d’indice optique permet de rendre le milieu poreux translucide et de suivre ainsi la trajectoire d’une bille à travers la succession de pores et de constrictions jusqu’à son éventuel piégeage final. Les paramètres du problème sont la taille de la particule en transit, le rapport de tailles avec les billes du milieu poreux ainsi que la viscosité du liquide qui, dans le cas présent, impose un régime hydrodynamique visqueux où le coefficient de restitution devient nul. Des travaux antérieurs ont notamment mis en évidence une dépendance très complexe de la probabilité de percolation avec la taille des particules mobiles. L’objectif de ce stage est de mener une analyse approfondie des trajectoires suivies, du mécanisme de piégeage visco-frictionnel et des effets stériques liées au rapport de tailles entre petites et grosses particules, en s’appuyant sur différentes expérimentations et, éventuellement, sur de la modélisation DEM.
Outils
Logiciels – Traitement d’images (ImageJ), DEM. Expérimentaux – Technique iso-indice, prise d’images. Profil
Formation – Master 2, 3ème année d’école d’ingénieur. Domaines – Mécanique des fluides, Physique des milieux granulaires. Conditions d’accueil
Responsable – P. Philippe ([email protected], tel : 04.42.66.99.55., Aix-en-Provence) Collaboration – Y. Khidas, Laboratoire Navier, Champs sur Marne ([email protected]) Accueil – Unité OHAX, IRSTEA (site d’Aix-en-Provence - www.irstea.fr) Rémunération – environ 450 €/mois. Thèse – possibilité de poursuite en thèse sur un sujet proche au sein de l’Unité d’accueil.
Percolation de particules à travers un empilement granulaire en
régime hydrodynamique visqueux
Exemple de trajectoire 3D d’une bille d’environ 800m dans un empilement de billes de 9,7mm dans un liquide 20 fois plus visqueux que l’eau.
-100
10-10
0
10 100
50
0
Y (mm
)
Z (m
m)
X (mm)
