Waves generated by subaerial high mobility slides : insight from a numerical model with a focus on energetic processes - Université de Pau et des Pays de l'Adour
Thèse Année : 2024

Waves generated by subaerial high mobility slides : insight from a numerical model with a focus on energetic processes

Vagues générées par des glissements subaériens à haute mobilité : enseignements tirés de la simulation numérique avec un focus sur les processus énergétiques

Résumé

This thesis aims to improve the understanding of the generation and subsequent transformations of impulse waves generated by a subaerial fluid-like slides. The approach is entirely based on a VOF-RANS numerical model. The focus is on the energetic processes and the effect of the subaerial slide rheology and submergence.The model is first validated considering each individual physical processes at stake, including slide propagation, wave generation and breaking, wave dispersion, energy conservation and dissipation. This work pointed out the importance of a fine tuning of the model for a proper description of the processes. With the model set-up proposed, we achieved a correct representation of the dissipation processes, but not perfect, as non negligible numerical dissipation is still present for the most violent wave breaking cases.The model is then used to conduct a numerical experiment involving a subaerial triangular water slide initially at rest just at the water line. The volume of the slide is gradually increased. The objective is to understand how the slide energy transfers to the free surface and then, how the wave processes (dispersion, breaking) act to shape the final leading wave energy, which is our hazard indicator. The leading wave energy, at the end of the channel, appears to be the result of a set of sequential processes. Generation determines the basic impulse wave characteristics and from there, the future evolution of the wave. Schematically, depending on its initial characteristics, the impulse wave will be either shaped by dispersion, by breaking, or by a combination of the two. Finally, considering the global energetic process from the initial slide potential energy to the final leading wave energy, we show that the process efficiency has an optimum for an intermediate slide volume.The next phase explores the effects of the slide rheology and initial elevation. First, the slides with more mobility (low viscosity) were demonstrated to be more efficient in transferring their energy to the impulse wave. Second, among all the tested rheological parameters, the yield stress was shown to be the more influential parameter in reducing this efficiency. Different slide elevations were also tested and a lower energy transfer efficiency was found for this type of impact with high elevation in comparison with previous cases.The final stage of the work consisted at gathering all the cases and trying to determine the important parameters which may explain the behavior observed. We investigated the role of the momentum flux and its time integrated version, the impulse. Based on our observations, the positive horizontal impulse seems to act as a constructive force and the negative horizontal impulse as a destructive one. We finally defined a new parameter called Efficient Impulse Ratio (EIR), which measures the fraction of horizontal impulse left for wave generation. This parameter explains reasonably well the different behaviors obtained in our results. Nevertheless, so far, this parameter is only descriptive and do not allow to relate the initial slide characteristics to the maximum wave energy.
Cette thèse vise à améliorer la compréhension de la génération et des transformations ultérieures des vagues impulsives générées par des glissements de fluides subaériens. L'approche est entièrement basée sur un modèle numérique VOF-RANS. L'accent est mis sur les processus énergétiques et l'effet de la rhéologie du glissement subaérien et de son immersion.Le modèle est d'abord validé en considérant chaque processus physique individuel mis en jeu, avec la propagation du glissement, la génération et la rupture des vagues, la dispersion, la conservation de l'énergie et la dissipation. Ce travail a souligné l'importance d'un réglage fin du modèle pour une description appropriée des processus. Avec le modèle proposé, nous avons obtenu une représentation correcte des processus de dissipation, bien que non parfaite, car une dissipation numérique non négligeable est encore présente pour les cas de rupture d'onde les plus violents.Le modèle a ensuite été utilisé pour mener une expérience numérique impliquant le lâcher d'un volume triangulaire subaérien initialement au repos juste à la ligne d'eau. Le volume du glissement est progressivement augmenté. L'objectif est de comprendre comment l'énergie du glissement est transférée à la surface libre, puis comment les processus (dispersion, rupture) agissent pour façonner l'énergie finale de la vague principale, qui est notre indicateur de risque. L'énergie de la vague principale, à la fin du canal, semble être le résultat d'un ensemble de processus séquentiels. La génération détermine les caractéristiques de base de la vague d'impulsion et à partir de là, l'évolution future de la vague. Schématiquement, en fonction de ses caractéristiques initiales, la vague d'impulsion sera façonnée soit par la dispersion, soit par la rupture, soit par une combinaison des deux. Enfin, en considérant le processus énergétique global de l'énergie potentielle initiale du glissement à l'énergie finale de la vague principale, nous montrons que l'efficacité du processus a un optimum pour un volume de glissement intermédiaire.La phase suivante du travail explore les effets de la rhéologie du glissement et de son élévation. Tout d'abord, il a été démontré que les glissements avec plus de mobilité (faible viscosité) sont plus efficaces pour transférer leur énergie à la vague d'impulsion. Ensuite, parmi tous les paramètres rhéologiques testés, la contrainte seuil s'est avérée être le paramètre le plus influent dans la réduction de cette efficacité. Différentes élévations de glissement ont également été testées, et une moindre efficacité de transfert d'énergie a été constatée pour ce type d'impact avec grande élévation par rapport aux cas précédents.La dernière partie du travail consistait à rassembler tous les cas et à essayer de déterminer les paramètres importants pouvant expliquer le comportement observé. Nous avons étudié le rôle du débitde quantité de mouvement et de sa forme intégrée dans le temps, l'impulsion. Sur la base de nos observations, l'impulsion horizontale positive semble agir comme une force constructive et l'impulsion horizontale négative comme une force destructive. Nous avons enfin défini un nouveau paramètre appelé Ratio d'Impulsion Efficace (RIE), qui mesure la fraction d'impulsion horizontale utile pour la génération des vagues. Ce paramètre explique raisonnablement bien les différents comportements observés pour nos résultats. Ce paramètre est cependant uniquement descriptif et ne permet pas de relier les caractéristiques initiales du glissement à l'énergie maximale de la vague.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04815165 , version 1 (02-12-2024)

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  • HAL Id : tel-04815165 , version 1

Citer

Amirhossein Parvinashtiani. Waves generated by subaerial high mobility slides : insight from a numerical model with a focus on energetic processes. Mechanics [physics]. Université de Pau et des Pays de l'Adour, 2024. English. ⟨NNT : 2024PAUU3012⟩. ⟨tel-04815165⟩
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