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Érosion et formation de dunes

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Personnes impliquées : D. Doppler, T. Loiseleux, P. Gondret, M. Rabaud


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.


Formation de dunes sous-marines


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.


Rides triangulaires et rides à tourbillon


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]