Instabilité d'un lit granulaire cisaillé par un écoulement fluide - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2005

Instability of a granular bed sheared by a fluid flow

Instabilité d'un lit granulaire cisaillé par un écoulement fluide

Résumé

This work deals with experimental, theoretical and numerical investigations on
the instability of a granular bed when sheared by a steady fluid flow.

We built an open flume set-up to study the growth and dynamics of
ripples on the surface of a sand bed. We determined the
wavelength at the onset of instability as a function of flowrate and
grain size, and the evolution of the mean amplitude and wavelength
of the ripples (through a coarsening process). We observed a shape
transition from 2D ripples, that are perpendicular to the flow, to more complex
3D patterns.

Besides, we carried out a theoretical stability analysis, in the
case of a laminar fluid flow. This calculation correctly captures the
initial wavelength of the structure if the effect of grain inertia is taken
into account. We also predicted the existence of 3D structures by
performing a nonlinear analysis.

Finally, we studied the nonlinear dynamics of ripples. 2D numerical simulations,
based on the previous theoretical computation, gave a qualitative
long-time evolution similar to our experiments on ripples. We used a
simplified nonlinear model to show that 3D structures may be a necessary
transient state in the coarsening process of ripples.
Cette thèse a pour objet l'étude expérimentale, théorique et numérique
de l'instabilité d'un lit granulaire cisaillé par un écoulement
fluide continu.
Nous avons caractérisé expérimentalement la longueur d'onde initiale des
rides, ainsi que l'évolution de leur amplitude et de leur longueur d'onde
moyenne. Par ailleurs, nous nous sommes intéressés à la transition morphologique
des rides perpendiculaires à l'écoulement vers des motifs 3D plus complexes.
Nous avons également développé une analyse de stabilité linéaire
du problème, dans le cas d'un écoulement laminaire, qui permet de prédire
correctement la longueur d'onde à l'initiation. D'autre part, une analyse
faiblement non-linéaire rend compte de l'apparition de motifs 3D.
Enfin, nous avons abordé la dynamique non-linéaire des rides: des
simulations numériques en 2D, basées sur l'étude théorique précédente,
ont permis de retrouver qualitativement l'évolution aux temps longs observée
expérimentalement.
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Dates et versions

tel-00011456 , version 1 (24-01-2006)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00011456 , version 1

Citer

Vincent Langlois. Instabilité d'un lit granulaire cisaillé par un écoulement fluide. Dynamique des Fluides [physics.flu-dyn]. Université Rennes 1, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00011456⟩
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