La modélisation 3D du transport solide dans les bassins en assainissement : Du pilote expérimental à l’ouvrage réel

Three-dimensional modelling of sediment transport in sewer detention tanks : Physical model and real-life application

• Auteur / Autrice : Matthieu François Daniel Dufresne
• Direction : Abdellah Ghenaim
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Eaux usées -- Évacuation

Modélisation tridimensionnelle

Résumé

En assainissement, la connaissance du transport solide est indispensable au choix des dimensions et à l’exploitation d’un bassin ; elle passe par la détermination préalable de l’écoulement. Pour y parvenir, expérimentation et modélisation numérique forment deux approches complémentaires. Les objectifs de cette thèse sont de tester, améliorer puis appliquer un modèle numérique de suivi de particules. En expérimentation, nous avons collecté une vaste banque de données sur l’écoulement et le transport solide (efficacité et localisation des dépôts) dans un pilote expérimental rectangulaire équipé d’une conduite d’entrée, d’une conduite de sortie et d’un trop-plein. Pour la modélisation numérique, nous avons utilisé un code de calcul commercial ; nous proposons pour le suivi de particules une nouvelle condition limite fondée sur le seuillage de l’énergie cinétique turbulente sur le fond du bassin. Le modèle numérique d’écoulement et de transport solide a été testé sur les données expérimentales pour définir son champ d’application, puis appliqué à un ouvrage grandeur nature. Enfin, nous avons trouvé des critères géométriques de prévision de l’écoulement dans les bassins rectangulaires.

The knowledge of sediment transport is required for the design and operation of sewer detention tanks; a prerequisite is to determine the flow pattern. To achieve these objectives experiments and numerical modelling are two complementary approaches. The aims of this work are to investigate, improve, and apply a particle-tracking model. We carried out many experimental tests in a rectangular physical model with one inlet (pipe) and two outlets (pipe and weir). Measurements have been performed of both flow pattern and sediment transport (efficiency, spatial distribution of deposits). Numerical simulations have been done by using a commercial software; we implemented a bed boundary condition based on turbulent kinetic energy in the particle tracking routine. Simulated and experimental results have been compared in order to investigate the range of application of the numerical model; we then applied it to a real-life work. Finally, we found geometrical criteria to predict the flow pattern in rectangular tanks.