Vers un lien entre propriétés mécaniques de sédiments cohésifs et leur érodabilité -- Etude macroscopique et locale du comportement en rhéométrie et en érosion de matériaux modèles - Laboratoire Universitaire des Sciences Appliquées de Cherbourg Access content directly
Theses Year : 2011

Towards a link between mechanical properties and erodibility of cohesive sediments -- Macroscopic and local study of rheometric and erosion behaviors of model materials

Vers un lien entre propriétés mécaniques de sédiments cohésifs et leur érodabilité -- Etude macroscopique et locale du comportement en rhéométrie et en érosion de matériaux modèles

Abstract

A major environmental issue of littoral zones concerns mud displacement and deposit. The proficient management of these regions requires a better understanding of these complex process and the dependence of the mechanical properties of mud. This thesis deals with an experimental study of erosion and its relationship with rheological properties of cohesive sediments (muds). We consider that the erosion phenomenon corresponds to the solid-liquid transition of material that is to be investigated at both macroscopic and local scales. We opt to use stable and reproducible model materials as cohesive sediments. Two instruments were used: a RheoScope1 and a mini-annular flume. The PTV and PIV techniques were employed for characterizing respectively the deformation of material and the hydrodynamic field. Two kinds of transparent model fluid which contain carbopol polymer and laponite clay were also prepared for this study. These fluids are characterized by close yield stress values and different thixotropic properties. Thanks to the presented rheo-physical techniques, it has been shown that the boundary conditions of experiments such as the surface roughness of geometry for the rheometry or the confinement state of measurement section for the erosion study impact the transition behavior. Besides the mechanical strength of material (yield stress), the thixotropic character affects strongly the transition dynamics. The experiments with erosion flume have highlighted the destabilizing role of the exchange phenomena at the interface of sedimentary bed.
Une préoccupation environnementale majeure des espaces littoraux concerne le déplacement et le dépôt des vases. La maîtrise de la gestion de ces régions nécessite de mieux comprendre ces processus complexes et leur dépendance vis-à-vis des propriétés mécaniques des vases. Cette thèse constitue une étude expérimentale sur la problématique de l'érosion et le lien avec les propriétés rhéologiques des sédiments cohésifs (vases). On considère que le phénomène d'érosion correspond à une transition solide-liquide du matériau qu'il faut caractériser à la fois macroscopiquement et localement. On fait le choix d'utiliser des matériaux modèles stables et reproductibles pour simuler les sédiments cohésifs. Deux dispositifs ont été employés : un RhéoScope1 et un mini-canal annulaire à érosion. Les techniques de µPTV et de PIV ont été mises en oeuvre pour caractériser respectivement les déformations du matériau et le champ hydrodynamique. Deux fluides modèles transparents, utilisant le carbopol et la laponite, ont également été mis au point. Ces fluides se caractérisent par des valeurs voisines de contrainte seuil et par des propriétés thixotropes différentes. Grâce aux techniques rhéo-physiques présentées, il a été montré que les conditions aux limites des expériences, comme l'état de surface de la géométrie utilisée en rhéométrie ou l'état de confinement de la section de mesure en étude d'érosion, conditionnent le comportement en transition. Outre la résistance mécanique du matériau, le caractère thixotrope affecte fortement la dynamique de transition. Les essais en canal d'érosion ont mis en évidence le rôle déstabilisateur des phénomènes d'échange à l'interface du fond sédimentaire.
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tel-00626301 , version 1 (25-09-2011)

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  • HAL Id : tel-00626301 , version 1

Cite

Keang Sè Pouv. Vers un lien entre propriétés mécaniques de sédiments cohésifs et leur érodabilité -- Etude macroscopique et locale du comportement en rhéométrie et en érosion de matériaux modèles. Sciences de l'ingénieur [physics]. Université de Caen, 2011. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00626301⟩
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