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Validation des vitesses d'un modèle hydrodynamique bidimensionnel: Prise en compte de la variabilité des profils verticaux des vitesses par un terme de dispersion.

Dubos, Véronique (2001). Validation des vitesses d'un modèle hydrodynamique bidimensionnel: Prise en compte de la variabilité des profils verticaux des vitesses par un terme de dispersion. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 109 p.

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Résumé

Lors d'une étude sur le transport de sédiments, la rivière des Escoumins a été modélisée par HYDROSIM. C'est un modèle de calcul hydrodynamique qui résout les équations de Saint-Venant, bidimensionnelles horizontales, par la méthode des éléments finis. Le tronçon de la rivière étudié, comporte une section d'entrée rectiligne suivie d'un coude avec une topographie assez complexe qui comporte une barre à l'intérieur du coude, et une mouille à l'extérieur de celui-ci. Malgré une bonne calibration du modèle en niveau d'eau et en débit, les vitesses simulées se sont avérées mal distribuées par rapport aux vitesses mesurées sur le domaine. Les vitesses en faible profondeur, au-dessus de la barre, tout à l'intérieur de la courbe, sont surestimées par le modèle, tandis que les vitesses en forte profondeur, au niveau de la mouille, sont sous-estimées. Les paramètres de calibration du modèle numérique ont tout d'abord été vérifiés. Ils ont montré qu'une bonne calibration du modèle permettait d'améliorer grandement les résultats sur les vitesses. Cependant, la tendance des résultats présentait toujours une surestimation des vitesses en faible profondeur ainsi qu'une sous-estimation des vitesses en forte profondeur. Les hypothèses du modèle numérique, comme la formulation et la prise en compte de la ligne de séparation entre les zones inondées et exondées, ne sont pas responsables de la mauvaise distribution des vitesses. Les simplifications utilisées dans les équations de Saint-Venant ont ensuite été étudiées. Nous avons jugé que l'hypothèse du profil vertical uniforme des vitesses pouvait être restrictive dans notre cas. Afin de le vérifier, les équations du mouvement ont été re-établies sans supposer l'uniformité des profils verticaux. L'influence de la variabilité des profils verticaux des vitesses a alors été introduite dans le modèle sous forme d'un terme dispersif. Les termes dispersifs ont été calculés explicitement pour la rivière des Escoumins ainsi que sur un canal courbe de 270°, à partir des profils verticaux mesurés dont nous disposions. La variabilité générale des vitesses s'est trouvée améliorée sur le canal courbe, tandis que sur la rivière, les résultats se sont avérés moins bons que ceux obtenus avec l'hypothèse de l'uniformité des profils verticaux. Ces résultats nous ont permis de conclure que les termes dispersifs devaient être introduits de façon anisotrope. L'introduction des termes dispersifs anisotropes, issus de la variabilité des profils verticaux mesurés, ayant donné des résultats prometteurs, nous avons tenté de modéliser ces termes à l'aide de variables connues. La paramétrisation a été choisie en fonction de l'hydraulique de l'écoulement ainsi que par expérimentation numérique. Les valeurs des vitesses, obtenues avec la combinaison de paramètres optimaux, sont très légèrement améliorées sur la rivière tandis que sur le canal, l'amélioration se situe surtout dans la variabilité de l'écoulement. Nous obtenons donc un modèle simple, ne modifiant pas les équations résolues par HYDROSIM, capable de représenter les transferts de convection dans des cas à la limite de validité des équations de Saint-Venant. Quelques limitations et des perspectives de recherche sont également présentées.

Type de document: Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Secretan, Yves
Mots-clés libres: HYDROSIM; modèle mathématique; modèle numérique; eau; vitesse; faible; forte; profondeur; profil veritcal; Saint-Venant
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 03 oct. 2013 15:49
Dernière modification: 17 nov. 2015 19:59
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/1499

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