Afin de simuler la dispersion atmosphérique de polluants (scalaires passifs ou particules) et de<br />prédire les pics de pollution et les interactions entre particules (collisions, coalescence et fragmentation,<br />...), nous avons choisi d'utiliser une simulation des grandes échelles. Cette démarche est particulièrement intéressante pour simuler la dispersion, les réactions chimiques, les interactions entre particules et le mélange turbulent, parce qu'elle permet la prise en compte de l'évolution séparée des grandes échelles ne participant pas nécessairement à une dynamique modélisable simplement.<br />Cependant, de nombreux processus physico-chimiques ont lieu à une échelle beaucoup plus petite que l'échelle minimale résolue par la simulation des grandes échelles. Il est donc nécessaire de modéliser le comportement sous-maille du scalaire passif et des particules transportées. Pour ceci, la simulation des grandes échelles est couplée avec une équation stochastique de Langevin. Le modèle stochastique est reformulé en terme de grandeurs filtrées et il est exprimé uniquement en fonction des grandeurs obtenues par la simulation des grandes échelles. Ce couplage est appliqué à la simulation de la dispersion d'un panache de scalaire passif issu d'une source élevée. L'ensemble est confronté à l'expérience de Fackrell & Robins (1982).<br />L'équation de mouvement d'une sphère rigide dans un écoulement turbulent est introduite. Des particules solides et des gouttelettes sont suivies. Dans l'équation de transport des particules par un écoulement non uniforme, la vitesse du fluide à la position de la particule est donnée par une partie grande échelle et une partie sous-maille. La vitesse sous-maille des particules est déterminée par analogie avec le modèle stochastique de sous-maille pour le scalaire passif. La modification de l'écoulement par la présence des particules ainsi que les collisions interparticulaires sont prises en compte. L'ensemble est confronté aux expériences de laboratoire de Nalpanis et al. (1993) et de Tanière et al. (1997) relatives au transport de particules de sable et à l'érosion éolienne.<br />Un modèle probabiliste de coalescence et de fragmentation, inspiré du modèle stochastique de<br />fragmentation de Apte et al. (2003), est développé. On considère le phénomène de coalescence et<br />fragmentation sous l'hypothèse de symétrie d'échelle, initialement proposée par Kolmogorov (1941).<br />Dans ces conditions, l'évolution de la distribution de taille des gouttelettes satisfait une équation de<br />Fokker-Planck. A chaque pas de temps, la distribution de taille des gouttelettes au sein de la maille est donnée par la solution de cette équation. Les paramètres du modèle sont calculés de manière locale et instantanée, en fonction de la dynamique des gouttelettes. Au sein de chaque maille, la conservation<br />de la masse est appliquée. Le modèle est développé pour une turbulence homogène isotrope et confronée<br />aux résultats de Ho & Sommerfeld (2002) pour le seul cas de la coalescence, a ceux de Apte et al. (2003) pour la fragmentation et à ceux de Lasheras et al. (1998) pour un cas mixte. Une fois la validation terminée, le modèle est introduit dans la simulation des grandes échelles et l'ensemble est appliqué à la dispersion d'un panache de gouttelettes. Les résultats sont comparés aux profils expérimentaux relatifs à un scalaire passif. Il est en effet diffcile d'obtenir des données complètes, relatives au transport atmosphérique de gouttelettes.<br />Afin de mieux comprendre les mécanismes de transport des particules solides ou liquides dans un<br />écoulement de couche limite, l'évolution d'un ensemble de particules qui initialement sont distribuées uniformément dans l'écoulement, est étudiée. Ce cas test simple représente une première approche dans la comprehension des phénomènes ayant lieu à l'intérieur des vents de sable ou lorsque un brouillard<br />se lève sous les effets du vent. La taille et la périodicité des zones de concentration et sédimentation préférentielle sont répertoriées. Ces régions de forte concentration représentent un intérêt majeur pour l'étude de la pollution, car elles peuvent être à l'origine des pics de pollution dans une atmosphère peu polluée par ailleurs.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:CCSD/oai:tel.archives-ouvertes.fr:tel-00077281 |
| Date | 12 July 2005 |
| Creators | Vinkovic, Ivana |
| Publisher | Ecole Centrale de Lyon |
| Source Sets | CCSD theses-EN-ligne, France |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | PhD thesis |
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