Deux motifs d'érosion en compétition au voisinage d'un obstacle
Publié par Redbran le 13/03/2018 à 12:00
Source: CNRS-INSIS
Les constructions installées dans un écoulement, comme les éoliennes offshores ou les piles d'un pont, subissent une forme d'érosion appelée affouillement. Elle creuse le sol et peut mener à des effondrements catastrophiques. Des chercheurs du laboratoire Fluides, automatique (L'automatique fait partie des sciences de l'ingénieur. Cette discipline traite de la modélisation, de l'analyse, de la commande et, de la régulation des...) et systèmes thermiques, en collaboration avec le laboratoire Surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa mesure, sa...) du verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué d’oxyde de...) et interfaces, ont étudié ce phénomène dans un petit canal. Ils ont déterminé la vitesse (On distingue :) critique d'écoulement et mis en évidence un nouveau motif d'érosion. Ces résultats sont publiés dans la revue Physical Review Fluids.

Phénomène omniprésent à la surface de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des...), l'érosion contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) la forme des rivières et sculpte les paysages. Lorsque la présence d'obstacles perturbe un écoulement, la survitesse localisée de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) lui donne la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage...) suffisante pour éroder le sol granulaire alentour. Cet affouillement entraîne généralement la formation d'un trou situé au pied de l'obstacle, une fosse qui peut provoquer l'effondrement de l'infrastructure.


© FAST
Deux motifs d'érosion observés autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit...) d'un obstacle immergé: une fosse circulaire creusée au pied de l'obstacle et deux fosses en forme d'oreilles de lapin (Le mot lapin (/lapε̃/) est un terme très général qui désigne plus d'une vingtaine d'espèces de mammifères à grandes oreilles de la famille des léporidés,...) situées en aval

Des chercheurs du laboratoire Fluides, automatique et systèmes thermiques (FAST, CNRS/Université Paris-Sud), en collaboration avec le laboratoire Surface du verre et interfaces (SVI, CNRS/Saint-Gobain), ont mesuré et modélisé le seuil d'apparition de ce motif d'affouillement, afin de mieux comprendre les conditions qui l'engendrent. Les chercheurs ont ainsi constaté que le diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre est aussi la longueur de ce segment. Pour indiquer qu'une...) du pilier (Un pilier est un organe architectural sur lequel se concentrent de façon ponctuelle les charges de la superstructure (par exemple les charges d'une charpente ou celles des maçonneries des niveaux supérieurs)....) affectait peu la vitesse de l'eau critique qui déclenche l'affouillement.

L'équipe a aussi mis en évidence l'existence d'un nouveau motif d'érosion, composé de deux fosses allongées en aval de l'obstacle, en forme d'oreilles de lapin. Comme il se forme derrière le pilier, il ne le menace pas directement. Cette érosion pourrait cependant poser problème en présence de nombreuses structures, en particulier dans le cas des champs d'éoliennes en mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.). Le motif de l'une risquerait d'affecter les fondations (Les fondations d'un ouvrage assurent la transmission et la répartition des charges (poids propre et surcharges climatiques et d'utilisation) de cet ouvrage sur le sol. Le mode de fondation...) de celles situées en aval. Ces travaux peuvent ainsi aider à mieux se prémunir des dangers de l'érosion liés aux constructions.

Ces découvertes s'inscrivent dans le cadre du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et...) ANR SSHEAR, rassemblant le laboratoire FAST, l'IFSTTAR, le CEREMA, la SNCF (La Société nationale des chemins de fer français (SNCF) est l'une des principales entreprises publiques françaises. Elle exerce une double activité :), Vinci Autoroutes et Railenium.

Références publication:
Competitive dynamics of two erosion patterns around a cylinder
F. Lachaussée, Y. Bertho, C. Morize, A. Sauret, and P. Gondret
Physical Review Fluids 3, 012302(R) (2018)
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevFluids.3.012302

Contact chercheur:
Yann Bertho – FAST
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