Thèse soutenue

Ecoulement dans un canal millimétrique : étude numérique et expérimentale

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Auteur / Autrice : Jafar Al-Muhammad
Direction : Fabien Anselmet
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique et physique des fluides
Date : Soutenance le 08/12/2016
Etablissement(s) : Ecole centrale de Marseille
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Equilibre (IRPHE) (Marseille) - Centre de Montpellier [IRSTEA] - Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Equilibre / IRPHE
Jury : Président / Présidente : Luminita Danaila
Examinateurs / Examinatrices : Séverine Tomas, Muriel Amielh
Rapporteurs / Rapporteuses : Véronique Roig, Camille Solliec

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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Dans le contexte actuel de raréfaction de l'eau, une meilleure efficacité de l'utilisation de l'eau est essentielle pour maintenir une croissance économique durable. En France, en période ordinaire, 48% d'eau est utilisé pour l'irrigation. Ce pourcentage augmente jusqu'à 79% en période d'été. Cela souligne la nécessité d'utiliser des méthodes d'irrigation performantes. La micro-irrigation offre la meilleure efficience, cependant, son utilisation n'est pas très répandue. Dans le monde, ce système ne couvre que 3% des terres irriguées et 5% en France, du fait de la sensibilité de ce système au colmatage, ce qui augmente le coût de son installation et de sa maintenance. Ce colmatage est fortement lié aux faibles sections de passage du distributeur de micro-irrigation. En effet, un labyrinthe constitué de chicanes est généralement inséré dans les distributeurs. Les chicanes existantes, qui jouent un rôle important pour générer des pertes de pression et assurent la régulation du débit sur le réseau d'irrigation, produisent des zones de recirculation où la vitesse est faible voire nulle. Ces zones de recirculation favorisent le dépôt de particules ou autre développement biochimique provoquant le colmatage du goutteur. La caractérisation de la topologie de l'écoulement dans le labyrinthe du goutteur doit être décrite pour analyser la sensibilité du goutteur au colmatage qui réduit considérablement ses performances.Des expériences utilisant la micro-PIV et un ensemencement avec des particules de 1 µm sont menées sur dix motifs répétitifs pour analyser les régions qui peuvent être sensibles au colmatage. Un goutteur fonctionne avec un débit faible, et la section transversale du labyrinthe est d'environ 1mm2. Le nombre de Reynolds varie de 400 à 800. Ainsi, cette étude expérimentale permet d'analyser le régime d'écoulement et son influence. Un algorithme de traitement est développé pour obtenir la moyenne et les fluctuations des vitesses. Une attention particulière est apportée à la validation de la technique micro-PIV et aux courbes débit-pression qui quantifient la performance globale du goutteur. Plusieurs modèles de turbulence, implémentés dans ANSYS/Fluent, sont utilisés pour modéliser l'écoulement au sein du labyrinthe. Les résultats des expériences de micro-PIV et des modélisations sont comparés afin de valider le modèle numérique. Puis, des méthodes avancées d’analyses tourbillonnaires ont été utilisées pour détecter précisément la vorticité et les zones de recirculations. L'objectif global de ce manuscrit est d'identifier le meilleur modèle qui permettra ensuite de prédire et analyser les zones sensibles au colmatage afin de les réduire grâce à l'optimisation de géométrie.