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Paru d’abord sur un blogue, le texte qui suit a été traduit et publié ici avec la permission de l’auteur. *
La compréhension du transport des sédiments a énormément évolué depuis les travaux de Bagnold et Shields au milieu du siècle dernier. Pourtant, les mécanismes très complexes qui produisent l’évolution morphologique des côtes et des estuaires demeurent relativement mal compris sous certains aspects. L’interaction fluide/sédiment et la turbulence est le cœur même du problème.
Les descriptions mathématiques s’embourbent dans de tortueuses formulations théoriques voire exigeantes d’un point de vue informatique, et tendent donc à être empiriques. Même les mesures expérimentales ou in situ sont souvent limitées en termes de paramètres ou de processus mesurables, ainsi que par la résolution spatiale et temporelle.
Une équipe en recherche côtière de l’University of Southampton (Royaume-Uni) comprenant l’étudiant au doctorat Hachem Kassem et le professeur Carl Amos a récemment mené une expérience de pointe sur les processus de turbulence à petite échelle et de transport sédimentaire. Des mesures, synchronisées dans le temps et l’espace, faites par un tomodensitomètre médical et un système de Particle Image Velocimetry (PIV) ont été réalisées afin d’étudier le transport des sédiments dans la couche turbulente d’un écoulement unidirectionnel.
Le Laboratoire multidisciplinaire de tomodensitométrie pour les ressources naturelles et le génie civil (ou Lab CT SCAN, pour faire court) du Centre Eau Terre Environnement de l’INRS dispose des installations uniques et nécessaires pour permettre la collecte en simultané de telles mesures. Un lit de sable contenu dans un canal hydraulique long de 7m est inséré dans un Siemens SOMATOM Definition AS+128 high performance X-Ray CT scanner fournissant les variations de densités spatio-temporelles à haute résolution pour différentes vitesses d’écoulement. Le système de PIV, synchronisé avec l’acquisition du scanner, est équipé de deux caméras et d’une source laser permettant à l’utilisateur d’obtenir des vecteurs de vitesse sur un plan 2D au centre du canal. Un profileur de vitesse ADV est également utilisé pour compléter les mesures à haute fréquence des profils de turbulence au-dessus du lit. Considérées dans leur ensemble, ces mesures feront la lumière sur un certain nombre de processus physiques fondamentaux allant de l’estimation des propriétés physiques et hydrodynamiques, à l’importance relative des forces de friction. Ces mesures permettront également de quantifier pour la première fois la concentration de sédiments dans les tourbillons de la turbulence et son rôle dans la réduction du coefficient de traînée, ainsi que les échanges résultants entre les eaux interstitielles et la couche limite du sédiment mobile.
Cette collaboration est le fruit de liens historiques entre le professeur Amos et le visionnaire du laboratoire CT Scan qu’est le professeur Bernard Long. L’équipe canadienne a inclus les brillants techniciens Louis-Frédéric Daigle et Mathieu Des Roches, qui ont opéré le CT Scan et les systèmes PIV, ainsi que madame Corinne B. Brunelle, candidate au doctorat en sciences de la Terre à l’INRS, le tout facilité par le professeur Pierre Francus, actuel directeur du laboratoire.
* Auteur : Hachem Kassem.
La version originale peut être consultée à http://blog.soton.ac.uk/ggblog/2015/07/tomographic-investigation-of-turbulence-and-sediment-dynamics/
Traduction : Jean-Daniel Bourgault et Corinne B. Brunelle.
