Cette étude est consacrée au comportement d'une phase solide dispersée sous l'effet d'un écoulement porteur turbulent et d'interactions particules-paroi. Par l'intermédiaire de rapports d'échelles de temps, quatre comportements de particules sont mis en évidence dont deux asymptotiques: la suspension et la saltation pures. Entre ces deux états est défini un milieu interactif ou le comportement des particules est plus ou moins influence par la turbulence et les chocs contre la paroi. Le paramètre de croisement de trajectoires semble départager le milieu interactif en deux sous domaines: la suspension et la saltation modifiées. Un modèle à deux phases est choisi pour décrire le comportement des particules au sein de ces nouveaux domaines. Les approximations de couche limite sont appliquées aux équations obtenues en moyennes d'ensemble et de type Favre, fermées par une loi de type gradient ou sont distingués les coefficients de transfert de quantité de mouvement et de masse lies aux particules. Ce transfert de masse est modélisé à partir du modèle de Wang et Stock corrigé par un terme relatif aux interactions particule-paroi. Des expériences basées sur les mesures de flux massiques par sonde de prélèvement et sur les mesures de vitesse moyenne et fluctuantes de la phase solide par anémométrie laser sont réalisées en soufflerie. L'application des critères théoriques prévoit deux comportements différents des particules utilisées, bien qu'elles soient issues du même milieu interactif. Les résultats expérimentaux mettent en évidence l'influence simultanée de la turbulence et des effets de saltation sur le comportement des particules. La différence de comportement prévue est confirmée. La confrontation des résultats expérimentaux et numériques est satisfaisante. Le modèle établi sous-estime les valeurs de vitesses moyennes et donne des valeurs correctes de flux massique de particules. L'approche proposée décrit correctement le comportement de particules solides au sein d'une couche limite turbulente en air.

AFIN DE PERMETTRE D'ETUDIER LE MECANISME DU TRANSPORT SOLIDE DANS LA REGION PROCHE DU FOND, UN MODELE DE CALCUL DES TRAJECTOIRES INDIVIDUELLES DE PARTICULES SOLIDES EN SUSPENSION EN COUCHE LIMITE TURBULENTE (TRAPSECL) A ETE CONSTRUIT. LA FLUCTUATION DE VITESSE DE FLUIDE EST CALCULEE A CHAQUE PAS DE TEMPS EN RESPECTANT LA CORRELATION LAGRANGIENNE ET LA PROBABILITE DES BOUFFEES TURBULENTES. LA VITESSE DES PARTICULES SOLIDES EST OBTENUE PAR LA RESOLUTION DE L'EQUATION DYNAMIQUE REGISSANT LEUR MOUVEMENT. LES EFFETS DUS A LA RUGOSITE DU FOND ET A LA FORCE DE PORTANCE, ELLE-MEME DUE AU GRADIENT DE VITESSE, SONT PRIS EN COMPTE POUR LE CALCUL DE VITESSE DE LA PARTICULE SOLIDE. LA METHODE APPLIQUEE PERMET DE TRAITER UNE LARGE GAMME DE TAILLE ET DE DENSITE DE PARTICULES. LA VALIDATION DU MODELE SE FAIT PAR COMPARAISON ENTRE LES DONNEES EXPERIMENTALES DISPONIBLES ET LES RESULTATS DE SIMULATIONS. UN CRITERE DE MISE EN SUSPENSION DE PARTICULES SOLIDES A PARTIR DE PAROIS LISSES ET RUGUEUSES A ETE ETABLI A L'AIDE DE CE MODELE

Le comportement de particules solides dans un écoulement turbulent de gaz en canal est étudié par le biais de simulations numériques directes. La description mixte eulerienne et lagrangienne permet d'aborder la dispersion de petites particules solides à travers le calcul des temps intégraux de la turbulence v́ue ́le long de leurs trajectoires. Ces temps intégraux sont comparés aux estimations basées sur une corrélation semi-empirique issue de calculs directs dans le cas d'une turbulence homogène et isotrope. La comparaison révèle l'impossibilité d'utiliser la corrélation pour prédire la dispersion dans le sens de l'écoulement. Après ces considérations sur la dispersion, l'effet d'atténuation de ces mêmes particules solides sur la turbulence est aussi caractérisé. Les forces prises en compte sur les particules sont au moins la traînée non linéaire et la force de portance de Saffman toutes deux corrigées en proche paroi et utilisant une interpolation tridimensionnelle hermitienne.

Afin de caracteriser les phenomenes d'envol de particules dans une couche limite turbulente dont on a decrit les caracteristiques sur paroi lisse puis rugueuse, on presente un critere de vitesse limite d'envol base sur les travaux de bagnold et de white qui ont observe l'existence de plusieurs comportements: la saltation pour les plus grosses particules, plus particulierement etudie dans le memoire, et la suspension pour les plus petites. On a modelise les trajectoires de particules en saltation. On a mis en evidence l'existence d'une portance et d'un moment, lies a la presence de la paroi. Lors de l'envol, on impose a la particule des accelerations importantes, les vitesses initiales etant nulles contrairement aux modeles habituellement rencontres. On a montre que le debit solide qui s'envole est proportionnel a la difference des contraintes parietales avec et sans envol. A l'aide de l'analyse dimensionnelle, on a mis au point un modele capable de predire le debit solide dans une couche de saltation etablie. A partir de techniques de mesure originales, elaborees autour d'une soufflerie de type eiffel que l'on a qualifiee, on a procede a une validation experimentale de tous ces modeles. Des mesures de profils de vitesse sur paroi rugueuse ont notamment permis de caracteriser la vitesse de frottement en fonction du parametre de rugosite. Plusieurs dispositifs experimentaux automatises ont ete realises pour mesurer la vitesse limite d'envol et pour effectuer des mesures de trajectoires et de debit de matiere. Les trajectoires obtenues par le calcul sont tres proches de celles mesurees. Le modele de debit solide a ete valide et les essais sur divers materiaux ont permis de proposer une loi generale pour sa prediction.

CE MEMOIRE CONCERNE LA DISPERSION TURBULENTE DE PARTICULES LOURDES AU SEIN D'UNE COUCHE LIMITE TURBULENTE. POUR CE FAIRE, UN MODELE EULERIEN D'ECOULEMENT PORTEUR A ETE COUPLE A UNE APPROCHE LAGRANGIENNE DE TRAJECTOGRAPHIE. LA PREMIERE ETAPE DANS L'ETUDE DU COMPORTEMENT DISPERSIF DE PARTICULES EST DE DISPOSER D'UNE DESCRIPTION SUFFISAMMENT PRECISE DE L'ECOULEMENT PORTEUR. LE MODELE EULERIEN PIAPBLM EST CONCU POUR SIMULER LES ECOULEMENTS TURBULENTS DE TYPE COUCHE LIMITE ATMOSPHERIQUE. CE MODELE A ETE MODIFIE POUR DECRIRE L'ECOULEMENT DE LA COUCHE LIMITE CLASSIQUE. IL A ETE COMPLETE PAR DES RELATIONS ALGEBRIQUES DEDUITES D'UNE FERMETURE AU SECOND ORDRE POUR PRENDRE EN COMPTE L'ANISOTROPIE DU FLUIDE PORTEUR ET POUR DECRIRE L'ECOULEMENT DE LA SOUS-COUCHE VISQUEUSE ET DE LA ZONE DE TAMPON. LA DEUXIEME ETAPE DE CETTE ETUDE CONCERNE LE MODELE DE TRAJECTOGRAPHIE UTILISANT UNE APPROCHE STATISTIQUE POUR LA PREDICTION DES CARACTERISTIQUES DE LA PHASE DISPERSEE. LES MODIFICATIONS APPORTEES AU MODELE CONCERNE LA SIMULATION DE LA PARTICULE FLUIDE EN RESOLVANT L'EQUATION DE LANGEVIN, LA FORCE DE PORTANCE DUE AU CISAILLEMENT, L'INFLUENCE DE LA PROXIMITE DE LA PAROI ET LES COLLISIONS PARTICULE-PAROI. LE MODELE EULERIEN-LAGRANGIEN A ETE VALIDE EN COMPARANT SES RESULTATS A CEUX D'UNE EXPERIENCE RECENTE REALISEE DANS UNE SOUFFLERIE DE TYPE EIFFEL. LES PROFILS SIMULES DE LA VITESSE MOYENNE DU FLUIDE SONT EN ACCORD AVEC LES PROFILS EXPERIMENTAUX. ON A OBSERVE L'INFLUENCE DE LA FACON DE SIMULER LA PARTICULE FLUIDE (LIEE AVEC LE PROBLEME DE LA TURBULENCE VUE PAR LA PARTICULE LOURDE) SUR LES PROFILS DE VITESSE MOYENNE ET DES ECARTS-TYPES DE LA VITESSE FLUCTUANTES DES PARTICULES LOURDES. LA COMPARAISON AVEC UNE EXPERIENCE REALISEE EN SOUFFLERIE EST CONCLUANTE. AVANT SON APPLICATION A L'OUTIL METEOROLOGIQUE, UNE ETUDE ATMOSPHERIQUE A ETE EFFECTUEE EN SUPPOSANT LA COUCHE LIMITE ATMOSPHERIQUE DANS LES CONDITIONS DE STRATIFICATION STABLE.

Une simulation des grandes échelles est utilisée pour étudier la dispersion de scalaires passifs, des particules solides et des gouttelettes dans une couche limite turbulente. Etant donné que de nombreux processus physico-chimiques, comme les réactions chimiques, les collisions, la coalescence, la fragmentation ou l'évaporation des gouttelettes ont lieu à des échelles bien plus petites que la maille, l'équation stochastique de Langevin est utilisée pour déterminer la composante petite échelle de la vitesse des particules suivies. Le modèle stochastique est exprimé uniquement en fonction des grandeurs obtenues par la SGE avec le modèle dynamique de sous-maille Germano et al. (1991). Enfin, la coalescence et la fragmentation sont introduites par un modèle probabiliste de coalescence et de fragmentation inspiré du modèle stochastique de fragmentation de Apte et al. (2003). Les résultats des différents modèles introduits sont confrontés à diverses expériences de laboratoire.