Small-scale laboratory modeling of the influence of an obstacle on a free surface flow. Application to defense structures against snow avalanches
Simulation sur modèle réduit de l`influence d`un obstacle sur un écoulement à surface libre. Application aux ouvrages de protection contre les avalanches de neige
Résumé
The local and global avalanche flows modifications generated by an obstacle are the main topic of this PhD dissertation. These modifications were studied using laboratory experiments of gravity-driven granular flows and density currents. The approach is mainly experimental. Several experimental devices have been set up and instrumented. The study of the deposition processes of granular materials made it possible to establish the scaling laws governing the evolution and the final deposit geometry upstream of the obstacle. Concerning both granular flows and density currents, the analysis of the jet produced by the interaction between the flow and the obstacle allowed to find out the velocity shortening due to the ambient fluid incorporation. Concerning the run-out distance of dense granular avalanches, a global scale study allowed to quantify its reduction according to the obstacle height. The run-out reduction was interpreted, similarly to the hydraulic approaches, as "local pressure losses" generated by the obstacle.
L`influence d`un obstacle sur les écoulements granulaires et les bouffées de densité a été étudiée en application aux avalanches de neige dense et en aérosol. L`approche est à dominante expérimentale. Elle a nécessité la mise en place de plusieurs dispositifs expérimentaux de laboratoires. Dans le cas d`écoulements de matériaux granulaires, l`étude des processus de dépôt a permis de dégager les lois d`échelles qui gouvernent la vitesse de formation et la géométrie du dépôt retenu par l`obstacle. Dans le cas des écoulements granulaires et des courants de densité, l`analyse du jet produit par l`interaction entre l`écoulement et l`obstacle a permis de quantifier le ralentissement produit par l`incorporation du fluide ambiant. En outre, une étude plus globale a permis de quantifier l`influence de la hauteur de l`obstacle sur la distance d`arrêt d`une avalanche granulaire. Enfin, une tentative d`interprétation en terme de perte de charge locale, par analogie aux approches hydrauliques, a été proposée.