Thèse : Caractérisation de la zone de mélange en Durance et...

Caractérisation de la zone de mélange en Durance et étude des paramètres influençant le brassage des eaux

Secteur d'activité : Enseignement et Recherche

Employeur : CEA

Contact : lylia.kateb@cea.fr

Localisation : Strasbourg

Description :

Le sujet de thèse porte sur la caractérisation de la zone de mélange, l’amélioration de la compréhension des facteurs qui déterminent la distance de bon mélange dans des cours d’eau ayant des régimes torrentiels comme la Durance. Une application de ces recherches consistera à développer un modèle numérique pour la dispersion d’un polluant dans la Durance. Ce sujet devra permettre à terme de réaliser des études d’impact des rejets du centre dans l’environnement.
En effet, le CEA de Cadarache a besoin de disposer d’outils de prédiction de la migration des polluants rejetés dans la Durance pour garantir la conformité réglementaire de ses rejets.
Si les processus principaux de dispersion et de mélange sont connus et ont été étudiés, parfois depuis longtemps pour des cours d’eau comme le Rhône, il reste des incertitudes dans l’application de ces connaissances au cas qui nous intéresse, notamment à cause des spécificités de la Durance au droit du rejet du centre de Cadarache, c’est-à-dire une faible hauteur d’eau et un lit hétérogène et très mobile.

Le sujet de thèse porte sur l’amélioration de la compréhension des facteurs qui déterminent la distance de bon mélange dans des cours d’eau ayant des régimes torrentiels comme la Durance. Une application de ces recherches consistera à développer un modèle numérique pour la dispersion d’un polluant dans la Durance. En raison de spécificités propres à la Durance (hauteur d'eau trop faible, lit variable), les modèles existants ne sont pas adaptés. Le rejet d’un polluant dans l’eau a été beaucoup étudié dans le cadre des rejets dans la mer (ocean outfalls) et le livre de Wood etal (1993) fournit un bon résumé de l’état des connaissances pour des rejets immergés, souvent avec une différence importante de masse volumique entre le polluant et l’eau. Le rôle joué par la position du rejet (à la fois latéral et vertical) a également fait l’objet d’un certain nombre d’études analytique et numérique (Boxall et al (2002), Gabric (1986), Smith (1981, 1982, 1985)). La gestion des rejets a également été étudiée, pour déterminer le meilleur instant (e.g. Daish 1985) et la possibilité de remplacer un seul rejet par plusieurs (Smith 1989).
La dispersion d’un polluant dans une rivière a été l’objet de plusieurs études, pour mieux caractériser la turbulence dans l’écoulement, et son influence sur la dispersion (e.g. Nokes etal 1984, Nokes & Hughes 1994, Nokes & Wood 1988), mais également pour comprendre l’interaction entre la turbulence et les variations spatiales de l’écoulement moyen (Smith 1982,1983, Demuren & Rodi 1986, Kay 1987, Atkinson & Davis 2000, Richardson & Carling 2006, Pannone 2010, Shaha etal 2011). D’autres études ont été consacrées au problème de la rétention des polluants dans des méandres et baies (e.g. Purnama 1988a,b, Wallis et al. 1989, Denton 1990, Reynolds et al. 1991, Davis et al. 2000). Le programme de recherche pour la thèse aura ainsi trois composants principaux : • Le développement d’un modèle numérique de la Durance, basé sur un code existant (par exemple Telemac). Ce modèle fournira le cadre pour les développements théoriques qui suivront, et qui seront intégrés dans le code, • Une étude détaillée de l’influence des conditions de rejet sur les concentrations en champ proche. Cette étude se fera avec des simulations numériques, des modèles analytiques et peut-être des études expérimentales à échelle réduite dans le laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique, • Une étude théorique et numérique de la dispersion latérale dans les canaux larges et peu profonds. Sera examinée, en particulier, l’influence de variations dans la section du canal, de méandres, et d’embaiements capable de retenir des polluants. Cette étude s’appuiera également sur les résultats d’études de terrain effectuées sur la Durance. La thèse doit permettre d’identifier et hiérarchiser les paramètres influant sur la dispersion et la diffusion du rejet (débits, densité, angle de rejet, rapport largeur-profondeur, etc.).

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