Influence de la cohésion sur le transport éolien de particules : application au sable humide et à la neige

Aeolian transport of cohesive particles : application to wet sand and snow

• Auteur / Autrice : Velotiana Jean-Luc Ralaiarisoa
• Direction : Alexandre Valance, Florence Naaim-Bouvet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 17/12/2020
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de physique (Rennes) - IPR

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interaction vent-neige

Sédiments (géologie) -- Transport

Mots clés libres

Régime collisionnel

Lit granulaire humide

Lit de neige cohésif

Seuil de transport

Longueur de saturation

Collisional regime

Wet sand bed

Cohesive snow bed

Threshold of transport

Saturation length

Résumé

Cette thèse porte sur la caractérisation du transport sur un lit granulaire cohésif en considérant le cas du sable et de la neige. Une approche numérique pour étudier le processus de l'érosion par impact sur un empilement cohésif a permis de quantifier l'effet de la cohésion sur le processus Splash. Pour quantifier l'effet de la cohésion le transport de particules par un écoulement d'air, nous avons choisi une approche expérimentale en soufflerie. L'étude du transport sur un lit de sable sec a permis de caractériser la transition du régime de saltation vers un régime collisionnel lorsque le nombre de Shields atteint S=0.3. Dans le cas du transport de sable humide, la vitesse seuil d'arrachement des grains du lit augmente avec la teneur en eau tandis que la vitesse seuil d'impact est du même ordre de grandeur que le seuil dynamique obtenu dans le cas sec. Ces résultats suggèrent qu'une fois que les grains sont arrachés au sol, ils ont un comportement similaire au transport sur sol sec. Sur un lit rigide de neige, la longueur caractéristique de décroissance augmente quadratiquement avec la vitesse de friction de l’air mais également avec le diamètre de la particule. Les caractéristiques de transport éolien de neige sur neige cohésive sont proches de celle sur neige rigide. On note une nette diminution, en soufflerie, de la quantité de neige transportée qui peut toutefois être significativement augmentée du fait de l’effet érosif d’un flux entrant. Sur un lit cohésif, dans le cas du sable humide et de la neige, le flux transporté tend vers la saturation mais la longueur de la soufflerie ne permet pas de l'atteindre.

This thesis deals with the cohesion effect on the aeolian grain transport. We consider the sand and snow case. A numerical approach to the erosion process by impact allows us to quantify the cohesion effect on the Splash process. Then we adopt wind tunnel experiment to study the effect of the cohesion on the transport. We show over a dry sand bed a transition from the saltation regime to a collision one at a Shields number of 0.3. Over a wet sand bed, the aerodynamic threshold increases with the water content whereas the impact threshold is in the same order of magnitude compare to the dry case. Over a hard snow bed, the characteristic decay height shows a quadratic dependence with the air friction speed and increases with the particle diameter. The characteristics of the aeolian transport over a cohesive snow bed are close to those over a hard one. There is a sharp decrease of the transported snow flux which can increase significantly when the wind tunnel is fed with an incoming snow flux. Our results indicate the mass flow rate aims to a saturation. However the saturation is not reached with the wind-tunnel length we work over wet sand and cohesive snow bed.