Amélioration des modèles de quantification des émissions particulaires diffuses liées a l'érosion éolienne de tas de stockage de matières granulaires sur sites industriels

Improvement of the quantification models of fugitive dust emissions produced by wind erosion of storage piles of granular materials on industrial sites

• Auteur / Autrice : Catherine Turpin
• Direction : Jean-Luc Harion
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique et énergétique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Valenciennes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Vélocimétrie par images de particules

Érosion éolienne

Résumé

Les émissions diffuses de poussières provenant de l'érosion éolienne des tas de stockage de matières granulaires sur les sites industriels représentent une part significative des émissions atmosphériques globales sur les sites industriels. L'objectif du travail de thèse est d'améliorer les modèles existant de quantification des émissions diffuses en définissant plus précisément les paramètres influençant l'érosion éolienne tant à l'échelle de la matière stockée qu'à l'échelle d'un site industriel. Des études antérieurs ont montré que la présence de particules non-érodibles sur une surface érodible a pour effet d'absorber une partie de la contrainte de cisaillement du vent et ainsi de protéger la surface érodible de l'érosion éolienne. Par conséquent, l'évolution de la vitesse de frottement à la paroi a été étudiée en fonction du changement des caractéristiques de rugosités à la surface durant le processus d'érosion. Par ailleurs, il est communément connu que l'exposition éolienne des tas de stockage et les subséquentes émissions provenant de ces tas dépendent de nombreux paramètres, tels que la géométrie, la disposition des tas, la topographie du site industriel ainsi que des conditions d'écoulement. Une étude expérimentale en soufflerie ainsi que des simulations numériques, permettant de caractériser l'écoulement autour des tas de stockage, ont été réalisées afin d'étudier l'influence de chacun de ces paramètres sur les émissions de particules. Ces études ont permis de mieux appréhender les phénomènes d'érosion éolienne et ainsi d'améliorer les méthodes de quantification des émissions diffuses de poussières sur sites industriels.

Fugitive dust emissions from open stock yards for bulk materials represent a significant part of overall estimated atmospheric emission on industrial sites. The aim of the thesis work is to improve the accuracy of the current models of estimation of fugitive dust emissions, by defining more precisely the parameters which affect wind erosion as well on the material stored scale as on the industrial sites scale. Previous studies have shown that the presence of non-erodible roughness elements on erodible surfaces has the effect of absorbing part of the wind shear stress and thus protecting the erodible surface from wind erosion. Therefore, the friction velocity evolution has been studied as a function of the characteristics changes of the surface roughnesses during the erosion process. Besides, it is commonly known that the wind exposure of the stockpiles and subsequent emissions from these stockpiles depends on various parameters such as the geometry, the location of the pile, the site topography as well as the wind conditions. An experimental study in a wind tunnel and numerical simulations, characterizing the wind flow over the piles, have been carried out to study the effect of each of these parameters on dust emissions. These studies have provided further insight into the phenomena of wind erosion and have allowed a more accurate and relevant evaluation of fugitive dust emissions on industrial sites.