Filtration dans les matériaux granulaires avec des particules de forme non sphérique
Auteur / Autrice : | Ali Abdallah |
Direction : | Eric Vincens, Hélène [Martine Francine] Magoariec |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Génie civil |
Date : | Soutenance le 08/12/2023 |
Etablissement(s) : | Ecully, Ecole centrale de Lyon |
Ecole(s) doctorale(s) : | École Doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (MEGA) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-) |
Jury : | Président / Présidente : Didier Marot |
Examinateurs / Examinatrices : Eric Vincens, Hélène [Martine Francine] Magoariec, Antoine Wautier | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Luc Sibille, Catherine O'Sullivan |
Mots clés
Résumé
Les ouvrages hydrauliques sont particulièrement vulnérables à l’érosion interne, rendue possible par des écoulements parasites, menaçant leur intégrité. Aussi des filtres composés de matériaux granulaires, sont-ils classiquement utilisés comme couches protectrices, permettant de prévenir ou de contrôler cet aléa. Si des paramètres tels que la granulométrie, la porosité et la forme des particules sont réputés influencer les propriétés de filtration de ces filtres, le rôle joué par la forme des particules dans ces propriétés n’ont pas encore pleinement retenu l’attention de la communauté scientifique. Ce manque de connaissances se traduit par des critères de conception de filtres granulaires qui ne tient pas compte de la possible influence de la forme des particules. Cette étude a eu pour but d’approfondir la connaissance autour de l’impact de la forme des particules et de la direction d’infiltration sur les mécanismes de filtration, au sein de filtres granulaires constitués de particules de formes arrondies et anisotropes. À l’aide de la méthode des éléments discrets (DEM), des tests de filtration multi-directionnelle ont été effectués à la fois verticalement (dans le sens de la gravité) et horizontalement sur des échantillons numériques présentant diverses formes de particules. Un nouveau modèle de filtration numérique a été spécialement conçu à cet effet, capable de réaliser des tests de filtration au sein d’échantillons constitués de particules non sphériques sans nécessiter de couplage fluide-solide et avec un temps de calcul abordable. Ces tests ont révélé des informations directes sur la façon dont la forme des particules et l’anisotropie inhérente des échantillons affectent la capacité de rétention. Par la suite, une analyse complète de l’espace poral pour ces échantillons a été réalisée à l’aide d’un algorithme d’extraction de pores qui a identifié efficacement les structures et les constrictions des pores. Les résultats obtenus fournissent des informations quantitatives qui expliquent les observations des tests de filtration. En fin de compte, cette recherche offre des informations importantes nécessaires à l’amélioration des critères de filtre fondés sur l’exclusion géométrique.