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2016 - Ecoulement dans un canal millimétrique : étude numérique et expérimentale - Al-Muhamad Jafar

Le jeudi 8 decembre 2016 à 10h30, Jafar AL-MUHAMMAD a soutenu sa thèse de doctorat intitulée "Ecoulement dans un canal millimétrique : étude numérique et expérimentale",

pour obtenir le grade de DOCTEUR DE L' ECOLE CENTRALE DE MARSEILLE en physique et mécanique des fluides (Ecole Doctorale 353 "Sciences pour l'ingenieur : Mecanique, Physique, Micro et Nanoelectronique"),

devant le jury composé de :

  • Dr. N. Ait Mouheb - IRSTEA Montpellier, UMR G-EAU, Invite
  • Dr. M. Amielh - IRPHE , CNRS de Marseille, Examinatrice
  • Prof. F. Anselmet -  Ecole Centrale de Marseille, Directeur de thèse
  • Prof. L. Danaila - Universite de Rouen, Examinatrice
  • Prof. V. Roïg - INP de Toulouse, IMFT, Rapporteur
  • Dr. C. Solliec -  Ecole des Mines de Nantes, Rapporteur
  • Dr. S. Tomas - IRSTEA Montpellier, UMR G-EAU, Examinatrice

 

 

Résumé :

Dans le contexte actuel de raréfaction de l'eau, une meilleure efficacité de l'utilisation de l'eau est essentielle pour maintenir une croissance économique durable. En France, en période ordinaire, 48 % d'eau est utilisé pour l'irrigation. Ce pourcentage augmente jusqu'a 79 % en période d'été. Cela souligne la nécessité d'utiliser des méthodes d'irrigation performantes. La micro-irrigation off re la meilleure effcience, cependant, son utilisation n'est pas très répandue. Dans le monde, ce système ne couvre que 3% des terres irriguées et 4% en France, du fait de la sensibilité de ce système au colmatage, ce qui augmente le coût de son installation et de sa maintenance.


Ce colmatage est fortement lié aux faibles sections de passage du distributeur de micro-irrigation. En e ffet, un labyrinthe constitué de chicanes est généralement inséré dans les distributeurs. Les chicanes existantes, qui jouent un rôle important pour générer des pertes de pression et assurent la régulation du débit sur le réseau d'irrigation, produisent des zones de recirculation ou la vitesse est faible voire nulle. Ces zones de recirculation favorisent le depôt de particules ou autre développement biochimique provoquant le colmatage du goutteur. La caractérisation de la topologie de l'écoulement dans le labyrinthe du goutteur doit être décrite pour analyser la sensibilité du goutteur au colmatage qui réduit considérablement ses performances.


Des expériences utilisant la micro-PIV et un ensemencement avec des particules de 1µm sont menées sur dix motifs répétitifs pour analyser les régions qui peuvent être sensibles au colmatage. Un goutteur fonctionne avec un débit faible, et la section transversale du labyrinthe est d'environ 1 mm2. Le nombre de Reynolds varie de 400 à 800. Ainsi, cette étude expérimentale permet d'analyser le régime d'écoulement et son influence. Un algorithme de traitement est développé pour obtenir la moyenne et les fluctuations des vitesses.


Une attention particulière est apportée à la validation de la technique micro-PIV et aux courbes débit-pression qui quantifi ent la performance globale du goutteur.
Plusieurs modèles de turbulence, implémentés dans ANSYS/Fluent, sont utilisés pour modéliser l'écoulement au sein du labyrinthe. Les résultats des expériences de micro-PIV et des modelisations sont comparés afi n de valider le modèle numérique. Puis, des méthodes avancées d'analyses tourbillonnaires ont été utilisées pour détecter précisement la vorticité et les zones de recirculations. L'objectif global de ce manuscrit est d'identifi er le meilleur modèle qui permettra ensuite de prédire et analyser les zones sensibles au colmatage afi n de les réduire grâce à l'optimisation de géométrie.

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