Experimental study of submersed granular flow
Etude expérimentale des écoulements granulaires immergés
Résumé
This thesis presents an experimental and theoretical study
on submarine granular flows down inclined planes, a simplified model for
submarine avalanches in geophysics. This study is focused on the steady and
uniform flows, for grains completely immersed in water. Velocity and thickness
measurements of the flow show that we can define a dimensionless
number depending of the ratio of two characteristic times, that allows to
better understand such flows. The use of this dimensionless number to dry
or immersed flows allows to define a universal frictional rheology. Once incorporated
in a depth-averaged model, this rheology allows to define a stability
criterion between steady and unstable flows. This theoretical approach is in
qualitative agreement with the experimental observations. To better understand
the role of the interstitial fluid, we numerically studied the trajectory of
a porous block, sliding on a rough plane. In addition to the viscous dissipation,
the fluid can modify the trajectory of the porous block, and the margin
inclination of the plane where the porous block reaches a final velocity of sliding.
The last part of the manuscript presents perspectives about unsteady
flows.
on submarine granular flows down inclined planes, a simplified model for
submarine avalanches in geophysics. This study is focused on the steady and
uniform flows, for grains completely immersed in water. Velocity and thickness
measurements of the flow show that we can define a dimensionless
number depending of the ratio of two characteristic times, that allows to
better understand such flows. The use of this dimensionless number to dry
or immersed flows allows to define a universal frictional rheology. Once incorporated
in a depth-averaged model, this rheology allows to define a stability
criterion between steady and unstable flows. This theoretical approach is in
qualitative agreement with the experimental observations. To better understand
the role of the interstitial fluid, we numerically studied the trajectory of
a porous block, sliding on a rough plane. In addition to the viscous dissipation,
the fluid can modify the trajectory of the porous block, and the margin
inclination of the plane where the porous block reaches a final velocity of sliding.
The last part of the manuscript presents perspectives about unsteady
flows.
Ce manuscrit présente une étude expérimentale et théorique sur les écoulements granulaires immergés le long d'un plan incliné, modèle en
laboratoire des avalanches sous-marines. L'étude expérimentale porte sur un
écoulement granulaire stationnaire et uniforme, complètement immergé dans
de l'eau. Les mesures de vitesse et d'épaisseur montrent que la définition
d'un nombre sans dimension dépendant d'un rapport de deux temps caractéristiques permet de comprendre quantitativement de tels écoulements.
L'adaptation de ce nombre sans dimension à un écoulement sec ou immergé
permet de définir de manière universelle une rhéologie de friction. Intégrée
aux équations moyennées dans l'épaisseur, cette rhéologie permet de définir
un critère de stabilité entre les écoulements stationnaires et des écoulements
instables, en accord qualitatif avec les observations expérimentales. Pour
mieux comprendre le rôle du fluide interstitiel, nous avons étudié numériquement
la trajectoire d'un bloc poreux en écoulement le long d'une pente rugueuse.
Outre la dissipation visqueuse, la présence du fluide peut apporter une lubrification modifiant les trajectoires du bloc poreux, et les angles
d'écoulements stationnaires. La dernière partie du manuscrit présente des
perspectives sur les écoulements immergés instationnaires ainsi qu'un ensemble
de conclusions.
laboratoire des avalanches sous-marines. L'étude expérimentale porte sur un
écoulement granulaire stationnaire et uniforme, complètement immergé dans
de l'eau. Les mesures de vitesse et d'épaisseur montrent que la définition
d'un nombre sans dimension dépendant d'un rapport de deux temps caractéristiques permet de comprendre quantitativement de tels écoulements.
L'adaptation de ce nombre sans dimension à un écoulement sec ou immergé
permet de définir de manière universelle une rhéologie de friction. Intégrée
aux équations moyennées dans l'épaisseur, cette rhéologie permet de définir
un critère de stabilité entre les écoulements stationnaires et des écoulements
instables, en accord qualitatif avec les observations expérimentales. Pour
mieux comprendre le rôle du fluide interstitiel, nous avons étudié numériquement
la trajectoire d'un bloc poreux en écoulement le long d'une pente rugueuse.
Outre la dissipation visqueuse, la présence du fluide peut apporter une lubrification modifiant les trajectoires du bloc poreux, et les angles
d'écoulements stationnaires. La dernière partie du manuscrit présente des
perspectives sur les écoulements immergés instationnaires ainsi qu'un ensemble
de conclusions.
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