![Page 1: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/1.jpg)
Simulation numérique de l’hydrodynamique générée par le
déferlement des vagues
Hubert BrangerInstitut de Recherche sur lesPhénomènes Hors Équilibre
(Marseille)
Pierre [email protected]
Laboratoire Transferts, Écoulements, Fluides, Énergétique
(Bordeaux)
Olivier KimmounLaboratoire de Recherche
et Développement(Marseille)
![Page 2: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/2.jpg)
Le plan de l’exposé
Introduction générale
Méthodes numériques
Validation
Le déferlement plongeant
Conclusions & perspectives
![Page 3: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/3.jpg)
Comment est composé notre environnement côtier ?
Quelques chiffres :
7 500 km de côtes
1 948 km de plages (35 %)
1 316 km de marais et vasières (24 %)
1 548 km de côtes rocheuses découpées (28 %)
721 km de falaises (13 %)
Certaines zones côtières sont plus sensibles que d’autres
![Page 4: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/4.jpg)
Comment évolue notre environnement côtier ?
1 – 3 m / an pour la côte aquitaine
Plage du Gurp
![Page 5: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/5.jpg)
Pourquoi étudier numériquement le déferlement des vagues ?
Développer un outil numérique précis et efficace
Étude de la structuration de l’écoulement / Entraînement de l’air
Mesures expérimentales et in situ difficiles à réaliser
Principale force dans les processus côtiers (courants, transport sédimentaire, etc.)
![Page 6: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/6.jpg)
Le plan de l’exposé
Introduction générale
Méthodes numériques
Présentation du problèmeStratégieLa Simulation des Grandes ÉchellesModèle et méthodes
Validations
Le déferlement plongeant
Conclusions & perspectives
![Page 7: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/7.jpg)
La houle se propage et se transforme à l’approche du rivage
![Page 8: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/8.jpg)
Quels sont les objectifs et quelle stratégie de modélisation ?
Écoulement :
diphasique
chaotique
tridimensionnel
Description d’un écoulement avec interface
Déconnexion / reconnexion
Grande variabilité d’échelles à décrire
Instationnaire
Turbulent
![Page 9: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/9.jpg)
De nombreuses références font état de progrès significatifs dans les méthodes numériques Modèles numériques :
Modèles Boussinesq
Navier-Stokes
Méthodes de suivi d’interface :
Marker-And-Cell (MAC)
Volume Of Fluid (VOF – CIAM)
Level Set
Description de la turbulence :
Simulation Numérique Directe (DNS)
Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS)
Simulation des Grandes Échelles
![Page 10: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/10.jpg)
La Simulation des Grandes Échelles est basée sur la notion de séparation des échelles spatiales de l’écoulement
Grandes structures de l’écoulement porteuses d’énergie
Petites structures dissipatives
Jet turbulent
![Page 11: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/11.jpg)
La séparation des échelles spatiales de l’écoulement est réalisée par l’utilisation d’un maillage
Grandes structures de l’écoulement simulées
Effet des petites structures modélisé
Jet turbulent
![Page 12: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/12.jpg)
iiT
t nUUpgUUt
U
..
Les équations constitutives du modèle sont basées sur l’hypothèse d’incompressibilité
Conservation de la quantité de mouvement
0. UConservation de la masse
0.
FUt
FÉquation d’advection
Modèles de fermeture : Smagorinsky / Échelles Mixtes
Zhao & Tanimoto (1998), Watanabe & Saeki (1999), Mutsuda & Yasuda (2000), Christensen (2001, 2006), Zhao et al. (2004), Hieu et al. (2004, 2006), Lubin (2004, 2006)
![Page 13: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/13.jpg)
Une grille plus fine est utilisée pour un meilleur suivi de l’interface
Grille de discrétisation
Pression
Vitesse
Fonction couleur
Grille standard MAC
Grille HAREM
![Page 14: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/14.jpg)
Le plan de l’exposé
Introduction générale
Méthodes numériques
Validation
Propagation d’une onde solitaire sur un récif immergé
Le déferlement plongeant
Conclusions & perspectives
![Page 15: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/15.jpg)
Le plan de l’exposé
Introduction générale
Méthodes numériques
Validation
Le déferlement plongeant
Méthode et conditions initialesProcessus du déferlement plongeant
Conclusions & perspectives
![Page 16: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/16.jpg)
La houle régulière est générée dans le domaine numérique grâce à un terme source
Terme source (S(x,z,t) > 0)
Terme source (S(x,z,t) < 0)
Houle de Stokes 5ème ordre solution analytique Fenton (1985)
. ( , , ) U S x z t Lin & Liu (1999)
Conservation de la masse
![Page 17: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/17.jpg)
La houle régulière est générée dans le domaine numérique grâce à un terme source
![Page 18: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/18.jpg)
Les expériences ont été réalisées dans un canal à houle vitré
Schéma du canal à houle expérimental.
![Page 19: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/19.jpg)
Une houle régulière a été générée
Conditions initiales :
d = 0.735 m
T = 1.3 s
a = 0.07 m
L = 2.5 m
Hb = 0.137 m
xb 12.375 m / -2.65 m
Déferlement spilling / plunging
Exemple de champs de vitesse expérimental
![Page 20: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/20.jpg)
(w1)
x1 = 12.245 m
(w2)
x2 = 12.435 m
(w3)
x3 = 12.695 m
(w4)
x4 = 12.925 m
Le déferlement débute par une courte phase de spilling
![Page 21: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/21.jpg)
(w5)
x5 = 13.195 m
(w6)
x6 = 13.455 m
(w7)
x7 = 13.725 m
(w8)
x8 = 13.945 m
Un cycle de splash-ups successifs est observé
![Page 22: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/22.jpg)
(w9)
x9 = 14.225 m
(w10)
x10 = 14.505 m
(w11)
x11= 14.795 m
(w12)
x12 = 15.045 m
Le déferlement se finit en swash dans le haut de plage
![Page 23: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/23.jpg)
La configuration expérimentale est reproduite numériquement
2min
3min
x 1.10 m
z 2.5 10 m
Conditions initiales :
d = 0.735 m
T = 1.3 s
a = 0.07 m
L = 2.5 m
520 000 points
Schéma du canal à houle numérique.
Terme source
![Page 24: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/24.jpg)
2min
3min
x 1.10 m
z 2.5 10 m
Conditions initiales :
d = 0.735 m
T = 1.3 s
a = 0.07 m
L = 2.5 m
520 000 points
Schéma du canal à houle numérique.
Couche poreuse
Terme source
La configuration expérimentale est reproduite numériquement
![Page 25: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/25.jpg)
Le déroulement général du déferlement est comparé
(w1)
x1 = 12.245 m
(w2)
x2 = 12.435 m
(w3)
x3 = 12.695 m
(w4)
x4 = 12.925 m
![Page 26: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/26.jpg)
(w5)
x5 = 13.195 m
(w6)
x6 = 13.455 m
(w7)
x7 = 13.725 m
(w8)
x8 = 13.945 m
Le déroulement général du déferlement est comparé
![Page 27: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/27.jpg)
(w9)
x9 = 14.225 m
(w10)
x10 = 14.505 m
(w11)
x11= 14.795 m
(w12)
x12 = 15.045 m
Le déroulement général du déferlement est comparé
![Page 28: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/28.jpg)
Conditions initiales :
d = 0.705 m
T = 1.275 s
a = 0.0569 m
L = 2.41 m
Une nouvelle configuration expérimentale est en cours d’étude
![Page 29: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/29.jpg)
3min
3min
x 1.10 m
z 2.5 10 m
Conditions initiales :
d = 0.705 m
T = 1.275 s
a = 0.0569 m
L = 2.41 m
522 000 points
Schéma du canal à houle numérique.
Couche poreuse
Terme source
La nouvelle configuration expérimentale est reproduite numériquement
![Page 30: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/30.jpg)
La nouvelle configuration expérimentale est reproduite numériquement
![Page 31: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/31.jpg)
Le déferlement est un phénomène 3D…
![Page 32: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/32.jpg)
L’étude 3D est en cours…
Conditions initiales :
d = 0.735 m
T = 1.3 s
a = 0.07 m
L = 2.5 m
660 000 points
Couche poreuse
Terme source
2min
3min
2min
x 2.8 10 m
z 8.4 10 m
y 1.5 10 m
![Page 33: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/33.jpg)
L’étude 3D est en cours…
![Page 34: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/34.jpg)
Conclusions & perspectives
Turbulence
Structuration de l’écoulement
Quantités moyennées par phase
Quantités fluctuantes
Passage au 3D
Améliorer la description de l’interface
Réduire le temps de calcul…
![Page 35: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/35.jpg)
D’autres configurations sont à l’étude…
![Page 36: Simulation numérique de lhydrodynamique générée par le déferlement des vagues Hubert Branger Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre (Marseille)](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051614/551d9d8e497959293b8c3491/html5/thumbnails/36.jpg)
D’autres configurations sont à l’étude…