Le transport de particules solides en suspension dans un écoulement turbulent a été étudié dans des modèles réduits de décanteurs constitués d'une marche inclinée en entrée et d'un déversoir en sortie. Le champ des vitesses moyennes et fluctuantes a été obtenu par anémométrie laser à effet Doppler notamment dans la zone de recirculation due à la marche. Des injections de particules ont permis de déterminer des pourcentages de sortie en matière solide ainsi que la répartition surfacique des particules déposées. Ces résultats expérimentaux ont permis de connaître l'influence de la géométrie sur le fonctionnement des décanteurs. Les résultats relatifs au champ des vitesses ont été comparés à ceux d'un modèle de turbulence bidimensionnel vertical (code VEST). Ceux relatifs au transport de particules ont été confrontés aux résultats d'un modèle tridimensionnel eulérolagrangien de simulations de trajectoires de particules solides (code TRAPS) utilisant le champ moyen calculé par VEST. Des résultats satisfaisants ont été obtenus aussi bien pour les pourcentages de sortie que pour la répartition surfacique des particules sédimentées.

LE TRANSPORT DE PARTICULES SOLIDES EN SUSPENSION DANS UN ECOULEMENT TURBULENT A ETE ETUDIE DANS DES MODELES REDUITS DE DECANTEURS CONSTITUES D'UNE MARCHE INCLINEE EN ENTREE ET D'UN DEVERSOIR EN SORTIE. LE CHAMP DES VITESSES MOYENNES ET FLUCTUANTES A ETE OBTENU PAR ANEMOMETRIE LASER A EFFET DOPPLER NOTAMMENT DANS LA ZONE DE RECIRCULATION DUE A LA MARCHE. DES INJECTIONS DE PARTICULES ONT PERMIS DE DETERMINER DES POURCENTAGES DE SORTIE EN MATIERE SOLIDE AINSI QUE LA REPARTITION SURFACIQUE DES PARTICULES DEPOSEES. CES RESULTATS EXPERIMENTAUX ONT PERMIS DE CONNAITRE L'INFLUENCE DE LA GEOMETRIE SUR LE FONCTIONNEMENT DES DECANTEURS. LES RESULTATS RELATIFS AU CHAMP DES VITESSES ONT ETE COMPARES A CEUX D'UN MODELE DE TURBULENCE BIDIMENSIONNEL VERTICAL (CODE VEST). CEUX RELATIFS AU TRANSPORT DE PARTICULES ONT ETE CONFRONTES AUX RESULTATS D'UN MODELE TRIDIMENSIONNEL EULERO-LAGRANGIEN DE SIMULATIONS DE TRAJECTOIRES DE PARTICULES SOLIDES (CODE TRAPS) UTILISANT LE CHAMP MOYEN CALCULE PAR VEST. DES RESULTATS SATISFAISANTS ONT ETE OBTENUS AUSSI BIEN POUR LES POURCENTAGES DE SORTIE QUE POUR LA REPARTITION SURFACIQUE DES PARTICULES SEDIMENTEES

CE TRAVAIL EST AXE SUR LA SIMULATION NUMERIQUE DU TRANSPORT DE PARTICULES SOLIDES DANS UN ECOULEMENT TURBULENT D'AIR, AUTOUR D'UN OBSTACLE. LES SIMULATIONS SONT MENEES SUR LE LOGICIEL DE CALCUL PHOENICS (CODE VOLUMES FINIS). LA MODELISATION PHYSIQUE DES DIFFERENTS ECOULEMENTS DIPHASIQUES DILUES ETUDIES EST INSCRITE DANS L'APPROCHE MODELE A DEUX FLUIDES. LA TURBULENCE DE LA PHASE DISPERSEE EST SOIT DEFINIE PAR UN MODELE ALGEBRIQUE ISSU DE LA THEORIE DE TCHEN (NOTE P1), SOIT PRISE EN COMPTE PAR UN MODELE BASE SUR LA RESOLUTION DE L'EQUATION DE L'ENERGIE CINETIQUE TURBULENTE DES PARTICULES (NOTE P2). POUR L'AIR, LA TURBULENCE EST EVALUEE PAR LE MODELE DE CHEN ET KIM (NOTE A1), OU PAR LE MODELE DE SHIH ET A1. (NOTE A2). LES MODELES (A1 + P1), (A1 + P2), (A2 + P1), (A2 + P2) SONT TESTES SUR UN ECOULEMENT BIDIMENSIONNEL. L'EXPERIENCE DE REFERENCE EST CELLE DE FESSLER ET EATON, RELATIVE A UN ECOULEMENT DIPHASIQUE DILUE LE LONG D'UNE MARCHE DESCENDANTE VERTICALE (PARTICULES DE CUIVRE ET PARTICULES DE VERRE). POUR L'AIR, LES COMPARAISONS EXPERIENCE/CALCUL PORTENT SUR LE CHAMP DES VITESSES LONGITUDINALES ET TRANSVERSALES, ET SUR LA TURBULENCE (CONTRAINTES NORMALES LONGITUDINALES ET TRANSVERSALES). POUR LES PARTICULES EN CUIVRE, L'ETUDE PORTE SUR LES VITESSES TRANSVERSALES ET LA CONCENTRATION. ENFIN, DANS LE CAS DES PARTICULES DE VERRE, LES VITESSES LONGITUDINALES ET LES CONTRAINTES NORMALES LONGITUDINALES (TURBULENCE DES PARTICULES) SONT INTRODUITES. A L'ISSUE DES RESULTATS RELATIFS A LA PHASE DISPERSEE, L'EMPLOI D'UN MODELE DE TURBULENCE PLUS ADAPTE EST SOUHAITABLE (MODELE A CONTRAINTES DE REYNOLDS PARTICULAIRES). UNE VALIDATION TRIDIMENSIONNELLE EST ENSUITE ABORDEE. L'EXPERIENCE DE REFERENCE A ETE EFFECTUEE DANS LA VEINE ENVIRONNEMENT DU CSTB : UN NUAGE DE FINES PARTICULES DE SABLE EST CREE, ET VIENT FRAPPER UN CUBE DE HAUTEUR 1M. DURANT LA CAMPAGNE D'ESSAIS, DEUX TYPES DE MESURES ONT ETE EFFECTUEES : DETERMINATION DE LA MASSE DEPOSEE AUTOUR DE L'OBSTACLE, ET EVALUATION DE LA CONCENTRATION AERIENNE. L'ETUDE DES MODELES (A1 + P1), ET UNE APPROCHE SIMPLIFIEE DE LA DEPOSITION, MONTRENT QUE DES MODELES DE TURBULENCE PLUS ADAPTES SONT NECESSAIRES POUR L'AIR, AINSI QUE L'INTRODUCTION D'UNE MODELISATION PLUS POUSSEE DU PHENOMENE DE DEPOSITION.

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.

LE MOUVEMENT INDIVIDUEL DE PARTICULES SOLIDES EN SUSPENSION DANS L'ECOULEMENT TURBULENT D'UN CANAL A SURFACE LIBRE EST SIMULE A L'AIDE D'UN MODELE EULERO-LAGRANGIEN (CODE TRAPS: TRAJECTOIRE DE PARTICULES SOLIDES). DES REALISATIONS DE VITESSE SONT PRODUITES A L'AIDE DE GENERATEURS ALEATOIRES CONTRAINTS DE RESPECTER LES CORRELATIONS ISSUES D'UN MODELE DE TURBULENCE, AINSI QUE DES EFFETS DE MEMOIRE; DES MOUVEMENTS DE PARTICULES FLUIDES SONT DEDUITS DE CES VITESSES ET PERMETTENT LE CALCUL DES DEPLACEMENTS DE PARTICULES SOLIDES. DES ALGORITHMES PARTICULIERS SONT PROPOSES POUR TRAITER LA REGION AU VOISINAGE DE LA PAROI, EN S'APPUYANT SUR LES RESULTATS QUANTITATIFS OBTENUS PAR LES EXPERIMENTATEURS. LA METHODE NUMERIQUE UTILISEE PERMET DE TRAITER UNE LARGE GAMME DE DIAMETRES ET MASSES SPECIFIQUES DE PARTICULES. DES EXEMPLES DE CALCUL DE TRAJECTOIRE SONT PRESENTES A TITRE DE VALIDATION DE LA METHODE DANS LE CADRE D'EXPERIENCES CLASSIQUES, OU COMME EXEMPLE D'APPLICATION PRATIQUE POUR LA CONFIGURATION D'UN DECANTEUR

UN MODELE DE SIMULATION POUR LA TRAJECTOIRE DES PARTICULES DANS UN ECOULEMENT TURBULENT A ETE ETABLI EN CONSIDERANT LES CORRELATIONS TEMPORELLES ET SPATIALES DU POINT DE VUE LAGRANGIEN. UNE METHODE DE MONTE CARLO A ETE UTILISEE POUR DETERMINER LES VALEURS ALEATOIRES DES PROPRIETES TURBULENTES. AU COURS DE LA CONSTRUCTION DES TRAJECTOIRES, LA VITESSE ET LA POSITION DE PARTICULES INDIVIDUELLES SONT OBTENUES A CHAQUE INSTANT. A PARTIR DE CELLES-CI, NOUS AVONS ETUDIE LES CARACTERISTIQUES DE LA DISPERSION D'UN ENSEMBLE DE PARTICULES DANS UN ECOULEMENT DE TURBULENCE DE GRILLE, PUIS CELLE DE PARTICULES PASSIVES ET REACTIVES DANS UN ECOULEMENT TURBULENT CISAILLE. LES RESULTATS DU CALCUL ONT ETE COMPARES A CEUX MESURES PAR EXPERIENCES CORRESPONDANTES. LA COMPLEXITE DU MECANISME DE LA TURBULENCE ET LE MANQUE DE CONNAISSANCES THEORIQUES ET DE DONNEES EXPERIMENTALES, A CONDUIT A FORMULER UN CERTAIN NOMBRE D'HYPOTHESES POUR PERMETTRE LE CALCUL. NOUS AVONS OBSERVE DE BONNES CONCORDANCES DE RESULTATS SIMULES PAR RAPPORT A CEUX MESURES. EN PARTICULIER, L'APPLICATION DE LA METHODE DE CALCUL MISE AU POINT AUX CAS DE LA CORRELATION LAGRANGIENNE ET DE L'EVAPORATION D'AEROSOL, FOURNIT UNE ALTERNATIVE INTERESSANTE AUX TECHNIQUES DU CALCUL GLOBAL GENERALEMENT UTILISES