Érosion et formation de dunes
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La compréhension et la
modélisation des mécanismes physiques qui
régissent l'érosion, le transport et le
dépôt de la matière en grains par un fluide
intéressent aussi bien les géomorphologues que les
industries pétrolière ou de
télécommunication par exemple. En effet, le
déplacement d'énormes quantités de matière
sur de très longues distances par de lents glissements de
terrains sous-marins qui surviennent pour de faibles pentes peuvent
déformer ou arracher les pipelines et les câbles de
communication transcontinentaux. On peut citer également
l'interaction des courants marins avec des structures dunaires qui, en
modifiant les fonds marins, posent des problèmes de navigation
aux gros vaisseaux en Mer du Nord par exemple. Une bonne modélisation de ces
phénomènes nécessite parmi d'autres choses de
mieux comprendre comment des grains sont entraînés sous
l'action d'un fluide ou de la gravité.
Afin d'être en
mesure de dégager l'influence relative des différents
paramètres physiques mis en jeu, nous avons mis en place une
expérience modèle bien contrôlée.
Il s'agit d'une expérience
bidimensionnelle constituée d'un canal étroit (cellule de
Hele-Shaw), inclinable et à moitié rempli d'un lit
de billes de verre monodisperses cisaillé par un
écoulement d'eau continu et laminaire.
Pour de faibles pentes, il existe un seuil de cisaillement
au-delà duquel le fluide entraîne les grains de surface et
des rides de profil triangulaire asymétrique apparaissent,
croissent, coalescent et se propagent. Ces rides sont similaires aux rides que l'on peut observer au
fond des ruisseaux ou bien sur les pentes de structures bien plus
grosses comme les dunes de sédiment présentes au fond des rivières.
Pour de fortes pentes, au-delà d'un angle
de stabilité maximal, une couche de matériau de quelques
grains d'épaisseur coule en avalanche. La présence d'un écoulement de
fluide qui remonte (ou descend) la pente augmente (ou diminue)
l'angle d'avalanche et en modifie la dynamique.
Dans des conditions de forte pente, pour un
écoulement remontant la pente, il existe un seuil au-delà
duquel le cisaillement homogène de l'eau à l'interface donne
naissance à des structures périodiquement espacées
et propagatives de dynamique très différente de celle des
rides triangulaires. Aux temps courts, ces rides à tourbillon présentent une croissance temporelle exponentielle. Aux temps
longs, après plusieurs doublements de longueur d'onde, les rides
saturent. Elles sont alors caractérisées par une longueur d'onde, une amplitude et une vitesse de
phase constantes.
Publications à comité de lecture
- Relaxation dynamics of water-immersed granular avalanches
D. Doppler et al., J. Fluid Mech. 577 (2007), 161-181
[Abstract | PDF]
- Onset of erosion and avalanche for an inclined granular bed submitted to a continuous laminar flow
Th. Loiseleux, Ph. Gondret, M. Rabaud, and D. Doppler, Phys. Fluids 17 (2005), 103304
[Abstract | PDF]
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