Simulation des inondations en milieu urbain lors dun évènement pluvieux extrême Robert MOSE,...
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Simulation des inondations en milieu urbain lors d’un évènement pluvieux extrême Robert MOSE, Quentin ARAUD, José VAZQUEZ , Pascal FINAUD-GUYOT IMFS (CNRS, Université de Strasbourg, ENGEES, INSA Strasbourg) [email protected]
Simulation des inondations en milieu urbain lors dun évènement pluvieux extrême Robert MOSE, Quentin ARAUD, José VAZQUEZ, Pascal FINAUD-GUYOT IMFS (CNRS,
Simulation des inondations en milieu urbain lors dun vnement
pluvieux extrme Robert MOSE, Quentin ARAUD, Jos VAZQUEZ, Pascal
FINAUD-GUYOT IMFS (CNRS, Universit de Strasbourg, ENGEES, INSA
Strasbourg) [email protected]
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Contexte 04/12/20122 Prvisions des hauteurs deau et des dbits
(PPRI) Ecoulements complexes et assez peu tudis Outils
informatiques peu valids Inondation Lige en juin 2008
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Objectifs 04/12/20123 Numrique Disposer dun outil numrique
prdictif des coulements urbains Exprimental Disposer de donnes
exprimentales de rfrence pour la comprhension des coulements et la
validation des modles numriques Validation numrique Dfinir les
domaines de validit des outils
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Plan de la prsentation 1.Dveloppement dun outil numrique
2.Pilote inondation 3.Validation des outils numriques 4.Conclusions
et perspectives 04/12/20124
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Plan de la prsentation 1.Dveloppement dun outil numrique
2.Pilote inondation 3.Validation des outils numriques 4.Conclusions
et perspectives 04/12/20125
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Outil dvelopp au laboratoire 04/12/20126 Equation de Barr de
Saint-Venant 2D Elments finis Discontinuous Galerkin
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Code 2D - Equation de BSV 2D Conservation de la masse et de la
quantit de mouvement 04/12/20127
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La discrtisation spatiale : lments finis discontinus
04/12/20128 U(x,y) = a x + b y + c U3U3 U1U1 U2 U2
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Dveloppements ralises 1.Nouveau limiteur de pente 2.Intgration
des flux numriques 3.Well-balanced 4.EigenVector Reconstruction
a)Thorie (adapte des travaux de GUINOT en volumes finis) b)Rsultats
04/12/20129
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EigenVector Reconstruction 04/12/201210 Runge Kutta 2EVR n
n+1
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1 re tape : Projection 04/12/201211 3 vecteurs propres
Projection dans la base des vecteurs propres Projection dans le
rfrentiel de linterface
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1 re tape : 04/12/201212
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2 2 2 nd tape : la reconstruction 04/12/201213 Maille iMaille j
t = n+1/2 t V L n+1/2 00 cc =cst n h(t n, c ) h(t n, 0 )
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Rcapitulatif 04/12/201214 1)Reconstruction de V L n+1/2 et V R
n+1/2 ( partir de h L et h R ) 2)Calcul du flux numrique 3)Calcul
de U n+1 en une seule opration => moins doprations => plus
stable
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Dveloppements ralises 1.Nouveau limiteur de pente 2.Intgration
des flux numriques 3.Well-balanced 4.EigenVector Reconstruction
a)Thorie b)Rsultats 04/12/201215
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Rupture de barrage 1D 04/12/201216 x0x0 X z 10 m 1 m 200 m
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Rupture de barrage 1D 04/12/201217
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Rupture de barrage sur fond sec 04/12/201218
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PLAN DE LA PRESENTATION 1.Dveloppement dun outil numrique
2.Pilote inondation 3.Validation des outils numriques 4.Conclusions
et perspectives 04/12/201219
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PLAN DE LA PRESENTATION 1.Dveloppement dun outil numrique
2.Pilote inondation a.Prsentation du dispositif b.Expriences
ralises c.Conclusions et perspectives 3.Validation des outils
numriques 4.Conclusions et perspectives 04/12/201220
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Pilote inondation 04/12/201221 Interactions entre les
carrefours dans un quartier Donnes exprimentales lchelle du
quartier Modle rduit lchelle du quartier Gestions complexes et peu
flexibles des conditions aux limites Contrle des conditions la
limites Banc exprimental flexible Limite de la biblioRponse
propose
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Prsentation du dispositif 04/12/201222
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PLAN DE LA PRESENTATION 1.Dveloppement dun outil numrique
2.Pilote inondation a.Prsentation du dispositif b.Expriences
ralises c.Conclusions et perspectives 3.Validation des outils
numriques 4.Conclusions et perspectives 04/12/201223
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Grandeurs tudies 04/12/201224 Rpartition des dbits Hauteur
deau
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Expriences et notation 1.Rgime permanent 2.Pente faible 3.Dbit
total inject 10 m 3 /h 100 m 3 /h 4.Condition dinjection 0 % - 100%
5.Sortie libre Configuration 10.3 10 x 10 m 3 /h.3 x 10%
04/12/201225 30 m 3 /h 70 m 3 /h
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Expriences ralises - influence du dbit total inject
04/12/201226 ExprienceDbit totalInjectionMesures 1.510 m 3 /h50 %Q
2.520 m 3 /h50 %Q et h 6.560 m 3 /h50 %Q et h 8.580 m 3 /h50 %Q et
h 10.5100 m 3 /h50 %Q et h
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Analyse des rsultats 04/12/201227 Rpartition des dbits
GlobaleLocale Hauteur deau GlobaleLocale
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Rpartition des dbits lchelle du quartier 04/12/201228
ExprienceQ Est Q sud 1.538,9 %61,1 % 2.539,3 %60,7 % 6.540,3 %59,7
% 8.540,5 %59,5 % 10.540,9 %59,1 % Q sud Q Est
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Analyse des rsultats 04/12/201229 Rpartition des dbits
GlobaleLocale Hauteur deau GlobaleLocale
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Rpartition des dbits lchelle de la rue 04/12/201230 1.5 2.5 6.5
8.5 10.5
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Analyse des rsultats 04/12/201231 Rpartition des dbits
GlobaleLocale Hauteur deau GlobaleLocale
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Hauteur deau 04/12/201232 Hauteur deau pour la configuration
2.5 10.5 Hauteur deau pour la configuration 10.5
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Hauteur deau 04/12/201233
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Hauteur deau globale 04/12/201234 1,35
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Analyse des rsultats 04/12/201235 Rpartition des dbits
GlobaleLocale Hauteur deau GlobaleLocale
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Hauteur deau lchelle de la rue 04/12/201236 Configuration
10.5Configuration 2.5 1234567 1234567
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Diffrence de hauteur 04/12/201237
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Hauteur deau normalise 04/12/201238
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PLAN DE LA PRESENTATION 1.Dveloppement dun outil numrique
2.Pilote inondation a.Prsentation du dispositif b.Expriences
ralises c.Conclusions et perspectives 3.Validation des outils
numriques 4.Conclusions et perspectives 04/12/201239
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Bilan 1.Caractrisation du fonctionnement du quartier 1.Mise en
vidence dinvariants 2.Prpondrance des effets dans les carrefours
3.Importance des pertes de charges singulires 4.Faible influence
des conditions dinjection sur la rpartition des dbits Lien apparat
entre chelle locale et globale 04/12/201240
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Perspectives 1.Mesures des vitesses 2.Influences des conditions
la limite aval 3.Ecoulements en rgime torrentiel 4.Influence de la
gomtrie 04/12/201241
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PLAN DE LA PRESENTATION 1.Dveloppement dun outil numrique
2.Pilote inondation 3.Validation des outils numriques 4.Conclusions
et perspectives 04/12/201242
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Outils numriques tests 2 types de code tests : 1.Code 3D :
Ansys-Fluent 2.Code 2D : Neptune 2D 04/12/201243
Ansys-Fluent 30/11/2012 Araud, Q. - Simulation des inondations
en milieu urbain lors d'un vnement pluvieux extrme 45
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Conditions la limite 04/12/201246 Conditions dentre : Vitesse
impose Conditions de sortie : Pression impose
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Neptune 2D 1.Formule de Manning Strickler Ks = 80 m 1/3 s -1
2.20 000 mailles 04/12/201247
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Comparaison avec Ansys-Fluent 04/12/201248 Hauteur deau calcule
avec Ansys-Fluent pour la configuration 10.5 Hauteur deau
exprimentale pour 10.5 Ecart relatif entre le numrique et
lexprimental Hauteur deau exprimentale pour la configuration 10.5
Ecarts entre lexprimental et le numrique pour la configuration
10.5
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Comparaison avec Neptune 2D 04/12/201249 Ecart entre
lexprimental et le numrique Hauteur deau exprimentale pour la
configuration 10.5 Hauteur deau calcule avec Neptune 2D pour la
configuration 10.5
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Comparaison pour la configuration 10.5 04/12/201250 Rue 4Rue
A
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Comparaison pour la configuration 2.5 04/12/201251 Rue 4Rue
A
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Rpartition des dbits 10.5 04/12/201252
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Rpartition des dbits 2.5 04/12/201253
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Discussion Pression hydrostatique 04/12/201254 Ecarts entre la
pression et la pression hydrostatique pour la configuration 2.5
Ecarts entre la pression et la pression hydrostatique pour la
configuration 10.5
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Zone de recirculation 04/12/201255 Echelle des vitesses Profil
de vitesse avec Neptune 2D Profil de vitesse avec Ansys-Fluent 3D
Profils de vitesse simuls
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Bilan Ecarts dAnsys-Fluent de lordre de 10 % Ecarts Neptune 2D
dpend des dbits injects 10 % pour un dbit total de 20 m 3 /h plus
de 20 % pour des dbits suprieurs 04/12/201256
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Bilan 1.Effets des pressions non-hydrostastiques 2.Mauvaise
reprsentation des zones de recirculation 3.Absence de modle de
turbulence 04/12/201257
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PLAN DE LA PRESENTATION 1.Dveloppement dun outil numrique
2.Pilote inondation 3.Validation des outils numriques 4.Conclusions
et perspectives 04/12/201258
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Conclusions (numrique) Mise au point de loutil de modlisation
Neptune 2D Plus rapide Plus stable Well-balanced Va lidation
qualitative avec lexprimental 04/12/201259
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Conclusions (exprimental) Mise en place dun modle rduit Donnes
de validation Rgime dcoulement particulier lchelle du quartier Mise
en vidences dinvariants Lien entre chelle locale et lchelle globale
04/12/201260
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Conclusions (validation) Validation des outils numriques Ecarts
avec Ansys-Fluent de lordre de 10% Ecarts pour Neptune 2D entre 10%
et 20 % en fonction des dbits injects 04/12/201261
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Perspectives (numriques) 1.Comparaison de Neptune 2D avec des
codes volumes finis 2.Ajout dun modle de turbulence
04/12/201262
Page 63
Perspectives (exprimental) 1.Mesures de vitesses 2.Influence
des conditions aux limites aval 3.Ecoulements torrentiels
4.Nouvelles gomtries 04/12/201263
