Simulations numériques directes (DNS) des effets des gouttes de pluie sur l'océan après les marées noires

par Hui Wang

Projet de thèse en Mécanique des fluides

Sous la direction de Annie-claude Bayeul laine et de Olivier Coutier-delgosha.

Thèses en préparation à Paris, HESAM , dans le cadre de École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur , en partenariat avec LMFL Laboratoire de Mécanique des Fluides de Lille (laboratoire) et de Paris, ENSAM (établissement de préparation de la thèse) depuis le 12-09-2019 .


  • Résumé

    Après l'accident de "Deepwater Horizon" dans le golfe du Mexique en 2010, d'importants financements ont été mobilisés pour des activités de recherche consacrées aux marées noires et à leurs effets. Une question concerne l'interaction entre l'eau de mer et les marées noires et la manière dont le pétrole se mélange à l'eau et à l'atmosphère (formation d'aérosols). Plusieurs expériences ont été menées à l'Université Johns Hopkins, notamment un panache de pétrole au fond d'un réservoir, avec écoulement transversal d'eau, ou une goutte de pluie tombant sur un réservoir avec une nappe de pétrole en surface, pour imiter les effets de la pluie. à la surface de l'océan, et la marée noire à la surface de l'eau dans un réservoir à vagues. Dans les deux premières configurations, des calculs CFD ont déjà été lancés aux Arts et Métiers ParisTech. Ils sont basés sur des simulations numériques directes du mélange huile / eau / air utilisant l'approche VOF (Volume of Fluid) disponible dans le code GERRIS. Le présent projet de recherche est axé sur la configuration du réservoir d'ondes. Le défi consiste à capturer aussi bien la dynamique des vagues à grande échelle que la dispersion de pétrole à petite échelle, en particulier les micro et nano gouttelettes aérosolisées dans l'air lorsque le dispersant est ajouté au pétrole. Ce dernier point revêt un intérêt primordial pour des questions de santé publique. Les résultats seront validés par comparaison avec les données expérimentales obtenues à la JHU. Une étude plus poussée des résultats numériques permettra de mieux caractériser les mécanismes à petite échelle impliqués dans l'évolution instable du mélange huile / eau / air.

  • Titre traduit

    Direct Numerical Simulations (DNS) of the effects of Raindrops impacting the Ocean after Oil Spills


  • Résumé

    After the Deepwater Horizon accident in the Gulf of Mexico in 2010, large funding has been mobilized for research activities devoted to oil spills and their effects. One question is about the interaction between the sea water and the oil slicks and how the oil is mixed with the water and the atmosphere (creation of aerosols). Several experiments were conducted at Johns Hopkins university, including for example an oil plume at the bottom of a tank, with a water cross flow, or a rain drop falling on a water tank with oil slick at the surface, to mimic the effects of rain at the surface of the ocean, and oil slick at the surface of water in a wave tank. In the two first configurations, CFD has been already started at Arts et Metiers ParisTech. It is based on Direct Numerical Simulations of the oil/water/air mixture using the VOF (Volume of Fluid) approach available in the GERRIS code. The present research project is focused on the configuration of the wave tank. The challenge is to capture as well the large-scale dynamics of waves as the small-scale oil dispersion, especially the micro and nano droplets that are aerosolized in the air when dispersant is added to the oil. This last point is of primary interest for public health issues. The results will be validated by comparison with the experimental data obtained at JHU, and further investigation of the numerical results will enable to better characterize the small-scale mechanisms involved in the unsteady evolution of the oil/water/air mixture.