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L'OBJECTIF DE NOTRE TRAVAIL EST LE DEVELOPPEMENT D'UN MODELE TRIDIMENSIONNEL HYDROSEDIMENTAIRE POUR LE TRANSPORT DES SEDIMENTS DANS LES COURS D'EAU. LE MODELE HYDROSEDIMENTAIRE DEVELOPPE EST COMPOSE D'UN MODELE HYDRODYNAMIQUE TRIDIMENSIONNEL BASE SUR L'APPROCHE H-S AVEC PRESSION NON HYDROSTATIQUE DEVELOPPE PAR MEFTAH(1998) ET D'UN MODELE DE TRANSPORT DES SEDIMENTS A DEUX COUCHES AVEC FLUX D'ECHANGE BASE SUR LA METHODE DES ELEMENTS FINIS CONSTITUE D'UN MODELE DE SUSPENSION ET D'UN MODELE DE CHARRIAGE QUI TIENT COMPTE DES EFFETS DE PENTE. LES ASPECTS PHYSIQUES, LES PHENOMENES IMPLIQUES DANS LE TRANSPORT DES SEDIMENTS ET LES INTERACTIONS ENTRE LES DIFFERENTES COMPOSANTES DU MODELE SONT PRESENTES AINSI QUE LES FORMULATIONS MATHEMATIQUES DES EQUATIONS AUX DERIVEES PARTIELLES QUI GOUVERNENT L'HYDRODYNAMIQUE, LE CHARRIAGE, SUSPENSION ET LES CONDITIONS AUX LIMITES. L'ENSEMBLE DE CES EQUATIONS EST RESOLUE PAR LA METHODE DES ELEMENTS FINIS. LA DISCRETISATION TEMPORELLE DE L'HYDRODYNAMIQUE EST EFFECTUEE PAR LE SCHEMA D'EULER IMPLICITE. LE SCHEMA DE LAX - WENDROFF - RICHTMEYER ET LE SCHEMA D'EULER IMPLICITE SONT QUANT A EUX UTILISES POUR LE TRANSPORT DES SEDIMENTS (CHARRIAGE - SUSPENSION) UN ALGORITHME DE COUPLAGE 3D HYDRODYNAMIQUE - SUSPENSION -CHARRIAGE EST PROPOSE AVEC LA MISE EN UVRE NUMERIQUE ET LA PRESENTATION DES PARAMETRES DE COUPLAGE ET DE CALIBRATION. LE MODELE A ETE VALIDE SUR UN ENSEMBLE DE CAS TESTS BIDIMENSIONNELS ET TRIDIMENSIONNELS.
UNE METHODE DE TYPE ELEMENTS FINIS EST APPLIQUEE A LA MODELISATION BIDIMENSIONNELLE DES PHENOMENES DE TRANSPORT DANS LES BASSINS SEDIMENTAIRES, AU COURS DE LEUR FORMATION. LA PHYSIQUE INTRODUITE LOIS DE CONSERVATION, LOI DE COMPACTION DU MILIEU POREUX, LOI DE DARCY, LOIS DEFINISSANT LES DIFFERENTS PARAMETRES DU COMPORTEMENT THERMIQUE ET D'ECOULEMENT EST CELLE CHOISIE DANS UN MODELE DEJA EXISTANT, THEMIS, DEVELOPPE A L'INSTITUT FRANCAIS DU PETROLE. LE PROBLEME D'ECOULEMENT EST ECRIT SOUS FORME VARIATIONNELLE AVEC LA PRESSION COMME INCONNUE PRINCIPALE. CONTRAIREMENT AU CAS DE THEMIS, OU IL EST RESOLU PAR UNE METHODE DE TYPE VOLUMES FINIS, IL EST ICI RESOLU PAR UNE METHODE D'ELEMENTS FINIS. LES PRINCIPALES DIFFICULTES RENCONTREES CONCERNENT L'EVOLUTION DU DOMAINE D'ETUDE (COMPACTION, SEDIMENTATION, EROSION) ET LES MATERIAUX TRES PERMEABLES (SABLES). DES TESTS COMPARATIFS AVEC LA METHODE DES VOLUMES FINIS ONT MONTRE LES BONS COMPORTEMENTS NUMERIQUE ET PHYSIQUE DE LA METHODE DES ELEMENTS FINIS. DE PLUS, ELLE EST MIEUX ADAPTEE POUR MODELISER DES MILIEUX GEOLOGIQUES HETEROGENES ET A GEOMETRIE COMPLEXE. LE TRAITEMENT D'UNE COUPE REELLE SITUEE DANS LA MER DU NORD A MONTRE L'APTITUDE DU MODELE A REPRODUIRE LES PHENOMENES PHYSIQUES D'ECOULEMENT
Le thème de ce travail de recherche est la modélisation d'écoulements a surface libre par éléments finis tridimensionnels. Il s'inscrit dans une stratégie de développement d'un modèle numérique en mesure de reproduire le transport solide sous l'effet de l'hydrodynamique et de prédire ainsi l'évolution de la morphologie des zones côtières et des cours d'eau naturels. L'écoulement dans les estuaires et les zones côtières est souvent de nature tridimensionnelle. La modélisation hydrodynamique implique l'évaluation des champs de vitesse et de la surface libre. De plus, pour les sédimentologistes, le rôle des courants secondaires est très important pour la prédiction de l'érosion. Dans cette étude, nous développons un modèle d'éléments finis pour obtenir l'évolution de la surface libre et le champ de vitesse. Nous employons la notion de super-élément fini, forme de prismes a six nœuds, dans la direction verticale constituant alors une colonne d'eau. La dimension 3d est ainsi représentée par une base bidimensionnelle. La résolution du système d'équations non linéaire est effectuée par la méthode de newton-raphson pour les écoulements permanents. Pour les problèmes de grandes tailles (nombre de degrés de liberté supérieur a 50 000) nous utilisons les méthodes itératives. Pour le cas des écoulements non permanents nous utilisons un schéma explicite du second ordre de lax-wendroff-richtmeyer (schéma prédicateur-correcteur) qui offre le double avantage de ne pas stocker de matrice globale et d'éviter l'opération d'inversion. La validation du modèle est effectuée à partir d'un ensemble d'exemples de références provenant de travaux d'autres chercheurs.
LE TRAVAIL PRESENTE, EST RELATIF A LA CREATION D'UN MODELE PAR LA METHODE DES ELEMENTS FINIS TRIDIMENSIONNEL, POUR L'ECOULEMENT ET LE TRANSPORT D'ENERGIE OU DE SOLUTE EN MILIEU POREUX. LE PHENOMENE DE TRANSPORT PREND EN COMPTE LES REACTIONS CHIMIQUES DE PREMIERE ESPECE, LA VISCOSITE ET LA MASSE SPECIFIQUE DU FLUIDE SONT LINEAIREMENT DEPENDANTES DE LA CONCENTRATION OU DE LA TEMPERATURE. APRES UNE PRESENTATION DU PROBLEME PHYSIQUE, ON S'ASSURE QUE LE PROBLEME MATHEMATIQUE EST BIEN POSE, ET QUE DANS LE CADRE LINEAIRE IL EXISTE UNE SOLUTION UNIQUE, ET ON DONNE UNE DISCRETISATION DE CE PROBLEME EN ESPACE ET EN TEMPS. ENFIN, ON PRESENTE LES CAS TESTS MIS EN UVRE POUR S'ASSURER DE LA VALIDITE DU MODELE
The objective of this book is to provide a better understanding of tools for soil analysis in order to use them more efficiently. It covers sampling problems as well as difficulties relating to actual analysis and quality control.