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 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

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.

L'ETUDE ENTREPRISE A POUR BUT DE DETERMINER LE COMPORTEMENT DES PARTICULES SOLIDES EMPORTEES DANS UN FLUIDE EN ECOULEMENT TURBULENT COMPRENANT UNE ZONE DE RECIRCULATION DERRIERE UNE MARCHE. UNE DOUBLE DEMARCHE, EXPERIMENTALE PUIS NUMERIQUE, A ETE SUIVIE. LES TRAJECTOIRES ET VITESSES DES GAZ ET DES PARTICULES SOLIDES ONT ETE DETERMINEES POUR DEUX VITESSES MOYENNES AMONT DU GAZ (5,55 M/S ET 10,45 M/S). LES GRANDEURS MOYENNES ET TURBULENTES RELATIVES AU GAZ ET AUX PARTICULES ONT ETE DETERMIHNEES PAR ANEMOMETRIE DOPPLER A LASER. UN CODE DE CALCUL D'ECOULEMENT DIPHASIQUE A ETE UTILISE. L'ECOULEMENT GAZEUX TURBULENT A ETE CALCULE A L'AIDE D'UN MODELE K-, PUIS LA DISPERSION DES PARTICULES DANS L'ECOULEMENT PRECEDENT A ETE DETERMINEE. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX ONT MONTRE QUE LES PARTICULES SOLIDES SUIVAIENT D'AUTANT MOINS LE MOUVEMENT DU GAZ QUE LEUR TEMPS DE RELAXATION ETAIT GRAND

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.

Ce travail numérique est une contribution à l'étude de la qualité de l'air liée à la présence de polluants particulaires dans les locaux. Après l'analyse physique des interactions subies par les particules injectées dans un écoulement fluide, nous avons développé un outil numérique permettant de simuler le comportement des particules dans les écoulements faiblement turbulents typiques du bâtiment, en faisant l'hypothèse que les particules n'influencent pas l'écoulement et que les interactions particule - particule peuvent être négligées. La dispersion des particules dans le fluide en écoulement est résolue par une approche lagrangienne qui consiste à simuler un certain nombre de trajectoires à partir desquelles les grandeurs moyennes caractérisant le comportement des particules sont ensuite obtenues statistiquement. Pour cela, les vitesses instantanées du fluide sont obtenues par tirages aléatoires, à partir des champs moyens de l'écoulement et des corrélations spatiales et temporelles. A ce stade du travail, nous avons testé plusieurs modèles de prédiction des caractéristiques instantanées du fluide, et nous avons retenu celui qui semblait le plus approprié à la modélisation des configurations qui nous intéressent. Pour la construction de la trajectoire d'une particule discrète on résout la relation dynamique établie à partir du bilan des forces agissant sur la particule. Les résultats obtenus dans le cas d'une turbulence de grille sont comparés à des résultats expérimentaux. Nous avons également étudié l'influence de la précision de la prédiction des caractéristiques turbulentes de l'écoulement sur la dispersion des particules, ainsi que la capacité des modèles de turbulence basés sur une décomposition en moyennes temporelles à résoudre correctement les écoulements turbulents. Finalement, le modèle de dispersion des particules a été utilisé pour caractériser la déposition de particules sur les parois dans un écoulement turbulent confiné correspondant à la configuration d'une cavité agitée.