UN IMPORTANT DISPOSITIF DE VELOCIMETRIE PAR IMAGES DE PARTICULES (PIV) A ETE DEVELOPPE. LE PRINCIPE, LA MISE EN UVRE, ET LES PERFORMANCES DE LA METHODE SONT DECRITS EN DETAIL. LA TECHNIQUE A ETE APPLIQUEE A LA MESURE DES CHAMPS DE VITESSES LOCALES DANS TROIS TYPES D'ECOULEMENTS COMPLEXES: ECOULEMENT AUTOUR D'UN MILIEU POREUX ALEATOIRE, ECOULEMENT DANS UN MILIEU POREUX ALEATOIRE ET THERMOCONVECTION NATURELLE DANS UN MILIEU POREUX MODELE
Un important dispositif de velocimetrie par images de particules (piv) a ete developpe. Le principe, la mise en uvre, et les performances de la methode sont decrits en detail. La technique a ete appliquee a la mesure des champs de vitesses locales dans trois types d'ecoulements complexes: ecoulement autour d'un milieu poreux aleatoire, ecoulement dans un milieu poreux aleatoire et thermoconvection naturelle dans un milieu poreux modele
NOUS AVONS UTILISE LA VELOCIMETRIE PAR IMAGE DE PARTICULES (PIV) POUR ETUDIER DES ECOULEMENTS DE FLUIDES DANS DES SITUATIONS COMPLEXES, SOIT PAR LEUR GEOMETRIE COMME LES MILIEUX POREUX, SOIT PAR LEUR MOUVEMENT COMME LES LITS FLUIDISES. EN EFFET CET OUTIL DE CHOIX PAR SON CARACTERE PLEIN CHAMP INSTANTANE PERMET DE TRAITER LE PROBLEME TRES IMPORTANT EN PRATIQUE DES ECOULEMENTS COMPLEXES ET INSTATIONNAIRES. LA PREMIERE PARTIE DE LA THESE DECRIT LA MISE AU POINT DE L'APPAREILLAGE ET L'ANALYSE DES DONNEES PAR TRAITEMENT D'IMAGE. DANS UNE SECONDE PARTIE, DES PARTICULES SOLIDES ENTRAINEES PAR UN LIQUIDE EN ECOULEMENT ONT ETE DEPOSEES DANS UN MILIEU ALEATOIRE CONSTITUE PAR UN LIT DE GRAINS DE PYREX ; L'INDICE DU LIQUIDE ETAIT AJUSTE A CELUI DU PYREX POUR PERMETTRE L'OBSERVATION ET LA MESURE. L'EVOLUTION TEMPORELLE DES DEPOTS A ETE ANALYSEE QUALITATIVEMENT ET QUANTITATIVEMENT. DES CALCULS NUMERIQUES ONT ETE EFFECTUES DANS DES CONDITIONS TRES PROCHES DES CONDITIONS REELLES PUISQUE LA STRUCTURE DES VIDES MESUREE A ETE UTILISEE ; LES RESULTATS SE COMPARENT BIEN AUX EXPERIENCES. ENFIN NOUS AVONS MESURE DES CHAMPS DE CONCENTRATION ET DE VITESSE DANS UN LIT FLUIDISE A L'ECHELLE DU LABORATOIRE. L'ANALYSE DES PROFILS LONGITUDINAUX DE CONCENTRATION A PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE L'EXISTENCE D'UNE ZONE DE TRANSITION OU LA VARIATION DE LA CONCENTRATION EST RAPIDE ET DONT LA LONGUEUR DEPEND DE LA VITESSE DE L'AIR. LES MESURES DES VITESSES INSTANTANEES REVELENT UN ECOULEMENT TRES VARIABLE ET TOURBILLONNAIRE. LE PROFIL TRANSVERSAL DES VITESSES MOYENNES MET EN EVIDENCE L'EXISTENCE D'UNE COUCHE LIMITE PRES DE LA PAROI.
LA VELOCIMETRIE PAR IMAGES DE PARTICULES (PIV) A FAIT L'OBJET D'UN DEVELOPPEMENT COMPLET AYANT POUR BUT L'ETUDE D'ECOULEMENTS DANS LA CHAMBRE DE COMBUSTION D'UN MOTEUR A DEUX TEMPS. ELLE CONSISTE EN UNE ANALYSE D'UNE IMAGE PRISE EN MULTI-EXPOSITIONS. CETTE IMAGE EST REALISEE EN ECLAIRANT PAR UN FEUILLET LUMINEUX (PLAN LASER) DES PARTICULES PREALABLEMENT ENSEMENCEES DANS L'ECOULEMENT. APRES S'ETRE ATTACHE A ENUMERER LES POTENTIALITES DE LA METHODE PAR UNE FORMULATION GENERALE, NOUS NOUS SOMMES INTERESSES AU TRAITEMENT DE L'INFORMATION. LE DEVELOPPEMENT D'UN NOUVEL ALGORITHME DE TRAITEMENT (HISTOGRAMME INTERDISTANCE) A ETE COMPARE AVEC LE TRAITEMENT GENERALEMENT UTILISE (AUTOCORRELATION) ET CECI A L'AIDE D'UN PROGRAMME GENERATEUR D'IMAGES SIMULEES. LA MISE EN PLACE DU MATERIEL AINSI QUE L'ECRITURE DE LOGICIELS DE TRAITEMENT PEUVENT ETRE UNE ACCUMULATION DE SOURCES D'ERREURS ; IL A ETE ALORS NECESSAIRE D'EFFECTUER UNE CONFRONTATION ENTRE LES RESULTATS FOURNIS PAR LA PIV ET LES RESULTATS ISSUS DE LA VELOCIMETRIE PAR EFFET DOPPLER. ENFIN, NOUS ABORDONS L'APPLICATION DE LA METHODE AUX ECOULEMENTS DANS LE CYLINDRE D'UN MOTEUR DEUX TEMPS EN STATIQUE ET EN ROTATION. NOUS MONTRONS L'INTERET D'UNE INFORMATION INSTANTANEE ET MOYENNE POUR L'ANALYSE DES PHENOMENES DE FLUCTUATION CYCLIQUE ET TURBULENTE
LES OBJECTIFS DE CETTE THESE ETAIENT, DANS UN PREMIER TEMPS, DE DEVELOPPER UNE METHODE DE MESURE GLOBALE ET NON INTRUSIVE ADAPTEE AUX GRANDES DIMENSIONS DE LA PLAQUE TOURNANTE CORIOLIS DU LEGI (13 M DE DIAMETRE). DANS UN SECOND TEMPS, IL FALLAIT APPLIQUER CETTE METHODE AU SILLAGE PLAN TURBULENT SOUMIS A LA ROTATION SOLIDE. LA METHODE DEVELOPPEE PERMET DE REALISER DES MESURES DE CHAMPS DE VITESSE A DEUX COMPOSANTES PAR IMAGES DE PARTICULES (PIV). GRACE A LA TRES HAUTE DEFINITION OFFERTE PAR L'ACQUISITION SUR FILM DES IMAGES, NOS MESURES S'ETENDENT SUR PLUSIEURS METRES CARRES AVEC UNE ERREUR THEORIQUE MAXIMUM DE 6%. DE PLUS, NOUS ACQUERONS 250 CHAMPS DE VITESSE CONSECUTIFS GRACE AUXQUELS NOUS ACCEDONS, SOUS CERTAINES CONDITIONS, AUX DONNEES STATISTIQUES DES VITESSES, DE LA VORTICITE ET DE LA DIVERGENCE. DANS LE SILLAGE A NOMBRE DE REYNOLDS ELEVE (RE=5.10#3 ET RE=10#4), LES MESURES PAR PIV MONTRENT QU'AU MOINS DEUX MECANISMES SONT RESPONSABLES DE LA DESTABILISATION DE LA COUCHE CISAILLEE ANTICYCLONIQUE. LE PREMIER SE MANIFESTE PAR L'AUGMENTATION DU MELANGE TURBULENT ET, EN CONSEQUENCE, PAR L'ELARGISSEMENT DU CISAILLEMENT CONSIDERE. LE SECOND EST ACCOMPAGNE PAR UNE FORTE STRUCTURATION TRIDIMENSIONNELLE. NOUS PROPOSONS DE DECRIRE LES EFFETS DE LA ROTATION A L'AIDE D'UN NOMBRE DE ROSSBY TOTALEMENT LOCAL (RO#1=/2) QUI EST LE RAPPORT DE LA VORTICITE VERTICALE MOYENNE SUR LE PARAMETRE DE CORIOLIS. IL SEMBLE QUE LA DESTABILISATION SE MANIFESTE LORSQUE RO#1
CE TRAVAIL DE THESE PRESENTE UNE ETUDE EXPERIMENTALE D'ECOULEMENTS DE FLUIDES MISCIBLES DANS LES MILIEUX POREUX PRESENTANT DES GRANDES HETEROGENEITES. CETTE ETUDE A ETE REALISEE A L'AIDE DE PLUSIEURS SYSTEMES EXPERIMENTAUX MODELES (CELLULE DE HELE-SHAW A 2D ET EMPILEMENT DE BILLES A 3D) ET DE SIMULATIONS NUMERIQUES (MODELE B.G.K DE GAZ SUR RESEAU). DANS UNE PREMIERE PARTIE, NOUS PRESENTONS LES DIFFERENTS SYSTEMES EXPERIMENTAUX ET LES TECHNIQUES DE MESURES ASSOCIEES (LA VIDEO UTILISEE POUR LA CELLULE DE HELE-SHAW ET L'ACOUSTIQUE POUR L'EMPILEMENT DE BILLES). CES DIFFERENTS SYSTEMES ET TECHNIQUES ONT ETE APPLIQUES A UNE GEOMETRIE SIMPLE D'HETEROGENEITES PRESENTANT DEUX HETEROGENEITES DE PERMEABILITE DISPOSEES EN QUINCONCE. L'UTILISATION DES DIFFERENTS SYSTEMES PERMET DE MONTRER LE PARALLELE QU'IL EST POSSIBLE DE REALISER ENTRE CEUX-CI, CHAQUE SYSTEME APPORTANT UN ENSEMBLE D'INFORMATIONS DIFFERENTS ET COMPLEMENTAIRES. LA TECHNIQUE DE SIMULATION DE GAZ SUR RESEAU PERMET DE BIEN SIMULER LES MILIEUX ET DONNE DES RESULTATS QUALITATIFS SATISFAISANTS. DANS UNE SECONDE PARTIE, NOUS AVONS ETUDIE LA DISPERSION DANS UN MILIEU POREUX A TROIS DIMENSIONS PRESENTANT UN GRAND NOMBRE D'HETEROGENEITES. NOUS OBSERVONS EN PARTICULIER COMMENT IL EST POSSIBLE DE CARACTERISER ET DE DIFFERENCIER DEUX STRUCTURES DIFFERENTES, A PARTIR DE L'ETALEMENT ET DE LA DEFORMATION DE LA ZONE DE MELANGE ENTRE LES DEUX FLUIDES. LES MESURES DE LA DISPERSIVITE MONTRENT UNE GRANDE SENSIBILITE AUX EFFETS STABILISANTS OU DESTABILISANTS DES CONTRASTES DE DENSITE OU DE VISCOSITE AINSI QU'A LA VITESSE D'ECOULEMENT, ET VERIFIE LES FORMULATIONS THEORIQUES DE L'APPROCHE STOCHASTIQUE DE LA DISPERSION.
Une étude expérimentale sur le transfert des particules en suspension dans les milieux poreux est menée au laboratoire sur des colonnes remplies de sable en utilisant des techniques de traçage. Les effets du milieu poreux, de la taille des particules et de la polydispersivité de ces particules sur leur transport et dépôt sont étudiés. Des injections impulsion et des injections en continue de particules en suspension monodisperses (Latex) et polydisperses (Kaolinite) à différentes vitesses d’écoulement ont été réalisées. Deux milieux poreux de granulométries serrées et un troisième milieu poreux constitué du mélange des deux précédents sont utilisés. Par ailleurs, pour étudier l’effet de la taille et de de la polydispersivité des particules injectées, trois populations monodisperses de particules de latex ainsi que trois mélanges de ces dernières ont été utilisés. Les paramètres caractérisant le transport et le dépôt des particules en suspension sont déterminés en utilisant la solution analytique de l’équation convection-dispersion avec une cinétique de dépôt de premier ordre. L’effet de sélection de taille est étudié à partir des analyses granulométriques des particules prélevées dans les effluents à différents moments de la restitution et des particules déposées à différents horizons dans le milieu poreux. Les résultats ont montré que la vitesse d’écoulement, la distribution granulométrique du milieu poreux, la taille et la polydispersivité des particules en suspension jouent un rôle important dans le transport et le dépôt dans les milieux poreux.
ETAT DES CONNAISSANCES SUR LES ECOULEMENTS EN MILIEU POREUX ET SUR LA DISPERSION DE FLUIDES MISCIBLES DANS CES ECOULEMENTS. RESUME DES TRAVAUX EXPERIMENTAUX RECENTS. POLLUTION PAR LES SAUMURES DES EAUX SOUTERRAINES (MOYENS D'ETUDE). ETUDE EXPERIMENTALE SUR MODELES PHYSIQUES: BUT ET LIMITES DE L'ETUDE. CARACTERISTIQUES QUALITATIVES DE L'ECOULEMENT ETUDIE. RESULTATS DES MESURES PORTANT SUR LA GEOMETRIE DE LA ZONE DE MELANGE (LIMITES, FORME ET PROFONDEUR ATTEINTE) EN FONCTION NOTAMMENT, DE LA C ET DU DEBIT DU FLUIDE SECONDAIRE, AINSI QUE SUR LA REPARTITION DE LA C EN NACL DANS CETTE ZONE, POUR UNE ETUDE DE LA DISPERSION LONGITUDINALE ET TRANSVERSALE. INTERPRETATION DES RESULTATS EN FONCTION DE CERTAINES LOIS DE DISPERSION MISES AU POINT
