Computation of extreme waves impact events on coastal protection structures.

Ιmpact d'événements extrêmes sur les structures de prοtectiοn côtière

• Auteur / Autrice : Yasmine Ben belkacem
• Direction : Grégory Pinon
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mecanique des fluides, energetique, thermique, combustion, acoustique
• Date : Inscription en doctorat le 21/10/2021; Soutenance le 09/12/2024
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique, Sciences de l'Ingénieur, Matériaux, Énergie
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Ondes et Milieux Complexes
• Partenaire(s) de recherche : Établissement co-accrédité : Université Le Havre Normandie
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Benoit, Julie Lebunetel, Julien Reveillon, Grégory Pinon, Gaele Perret, Stephane Abadie, Andreas Kortenhaus
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Michel Benoit, Andreas Kortenhaus

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation CFD

Mots clés libres

Cfd

OpenFOAM

Houle

Digue en enrochement

Digue immergée

Parapet incurvé

Pression d'impact

Reflection

Transmission

Dissipation

Cfd

OpenFOAM

Rubble mound breakwater

Submerged low-crested structures

Recurved parapet

Pressure impact

Wave transformation

Reflection

Transmission

Energy loss

Résumé

Ce travail de recherche a pour objectif d'étudier l'impact de la houle sur les structures de protection côtières. L'objectif principal de cette étude est d'évaluer la capacité des outils CFD à modéliser et prédire avec précision l'impact des charges extrêmes des vagues sur des digues conventionnelles en enrochement avec murs de couronnement. Pour mener cette étude, le logiciel numérique OpenFOAM est utilisé pour aborder deux questions scientifiques clés : les charges impulsives des vagues agissant sur des parapets incurvés (partie supérieure du mur de couronnement) et le développement de la houle à travers le revêtement (le milieu poreux à la base de la digue). Dans un premier temps, une houle de Stokes non-linéaire est modélisée pour évaluer les performances du solveur numérique afin de reproduire le déferlement des vagues sur un mur vertical avec un parapet incurvé, et pour évaluer les pressions d'impact associées. Les résultats calculés sont comparés aux données expérimentales provenant des essais réalisés à Hanovre (Allemagne), fournies dans le cadre du benchmark ISOPE 2022. Ensuite, la physique de l'interaction des vagues avec des digues complètement immergées est étudiée expérimentalement. Sur cette base, le présent travail examine également la capacité du solveur à simuler l'interaction fluide-structure. Enfin, le présent travail discute des avantages et des limites de ces méthodes numériques utilisées en génie côtier. Les différentes conclusions de cette étude visent à répondre à la demande de INGEROP Conseil et Ingénierie concernant l'adéquation de la CFD pour leurs applications industrielles.

The present work aims to investigate the water waves impact on coastal protection structures. The primary focus of this research is to assess the ability of CFD tools to accurately model and predict the impact of extreme wave loads on conventional rubble mound breakwaters with crown walls, a structure commonly designed to mitigate wave-induced forces and fight the threats associated with sealevel rise. To carry out with this investigation, the numerical toolbox OpenFOAM is employed and the problematic is approached from two key perspectives : the impulsive wave loads acting on recurved parapets (the upper portion of breakwaters) and the wave transformation through the revetment (the porous media at the base). Initially, non-linear Stokes waves are used to evaluate the performance of the numerical solver to reproduce realistic wave breaking on a vertical wall attached with a recurved parapet, and to assess the related impact pressure records. The computed results are validated against experimental data from the large wave flume (GWK) in Hannover (Germany), provided as part of the ISOPE 2022 benchmark. Next, the physics of waves interaction with submerged crested breakwaters is investigated experimentally. In fact, the present work also investigates the capability of the solver to simulate the most relevant hydrodynamics that occurs between waves and submerged breakwaters. Finally, this work discusses the advantages and the limitations of these numerical methods used in coastal engineering. The different findingss of this study serve to adress INGEROP's inquiry regarding the suitability of CFD for their industrial applications.