Modélisation numérique pour la prédiction de l'érosion des berges due au trafic fluvial : interaction fluide-structure et mécanismes de rupture // Numerical modelling for the prediction of bank erosion due to river traffic: fluid-structure interaction and

Les berges des voies navigables (naturelles ou artificielles) sont soumises à des sollicitations hydrauliques et hydrodynamiques fortes du fait du passage des bateaux et des fluctuations des niveaux d'eau associées. Le report modal des routes vers les fleuves a un effet positif sur les émissions de gaz à effet de serre associées au transport. Ce report s'accompagne néanmoins d'une intensification du trafic fluvial sur certaines voies d'eau, intensification qui peut impacter les écosystèmes et les infrastructures. Dans ce contexte, la volonté en matière de protection des voies d'eau est de limiter le recours à des solutions artificielles et coûteuses de protection des berges.
La question de la prédiction de la tenue à long terme des berges et de l'entretien de la voie d'eau émerge donc. À l'heure actuelle, les approches ''pragmatiques'' employées (formulations analytiques simplifiées) peinent à rendre compte de façon satisfaisante de la complexité des phénomènes physiques en jeu au niveau de la berge et de la voie d'eau (érosion et stabilité des berges, transport solide des matériaux érodés, …).
La compréhension et la modélisation de ces phénomènes, qui sont la conjugaison de plusieurs processus multi-physiques et multi-échelles mettant en jeu l'écoulement fluide (global dans la voie navigable), son évolution (locale) sous l'effet du passage d'un bateau et son interaction avec la berge, est cruciale pour permettre de disposer de modèles prédictifs d'évolution et de tenue des voies d'eau.

Dans ce contexte, ce projet a pour but de proposer une stratégie de modélisation couplée permettant de suivre l'évolution de la tenue de la berge et d'évaluer les solutions de protection naturelle mises en place. Les résultats de cette modélisation ont également pour but d'alimenter des modèles numériques de transport sédimentaire résultant de la dégradation de la berge.
Pour ce faire, la berge sera considérée comme un milieu poreux, soumis à un chargement fluctuant correspondant à l'écoulement hydrodynamique induit par la navigation. Sous l'effet du passage d'un bateau, le niveau de chargement et de saturation dans la berge évoluent, conduisant ainsi à la dégradation progressive de la berge et à son éventuelle érosion. Le transport des matières solides érodées produit des modifications de la morphologie de la voie navigable qui influence à son tour l'écoulement hydrodynamique. Le modèle d'estimation de l'érosion de la berge devra donc être pensé pour pouvoir être couplé avec un modèle de transport sédimentaire afin d'estimer les changements morpho-dynamiques de la voie navigable.
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The banks of waterways (both natural and man-made) are subject to high hydraulic and hydrodynamic stresses due to the passage of boats and the associated water level fluctuations. The modal shift from roads to rivers has had a positive effect on greenhouse gas emissions associated with transport. However, this shift is accompanied by an intensification of river traffic on certain waterways, which can have an impact on ecosystems and infrastructures. In this context, the aim of waterway protection is to limit the use of artificial and costly bank protection solutions.
This raises the question of how to predict the long-term performance of river banks and waterway maintenance. At present, the 'pragmatic' approaches used (simplified analytical formulations) struggle to provide a satisfactory account of the complexity of the physical phenomena at play at the bank and waterway level (bank erosion and stability, sediment transport of eroded material, etc.).
Understanding and modelling these phenomena, which are the combination of several multi-physical and multi-scale processes involving fluid flow (global in the waterway), its evolution (local) under the effect of the passage of a boat and its interaction with the bank, is crucial to provide predictive models for the evolution and behavior of waterways.
In this context, the aim of this project is to propose a coupled modeling strategy to monitor the evolution of the bank performance and to evaluate the implemented natural protection solutions. The results of this modeling will also be used to feed numerical models of sediment transport resulting from bank degradation.
For this purpose, the bank is considered as a porous medium subject to a fluctuating load corresponding to the hydrodynamic flow induced by navigation. As a boat passes by, the loading and saturation of the bank changes, leading to gradual degradation and eventual erosion. The transport of eroded solids causes changes in the morphology of the waterway, which in turn affects the hydrodynamic flow. The model used to estimate bank erosion must therefore be designed so that it can be coupled with a sediment transport model to estimate morphodynamic changes in the channel.
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Début de la thèse : 01/01/2025

Autre financement public

ANR Financement d'Agences de financement de la recherche

Université de Technologie de Compiègne

71 Sciences pour l'ingénieur

Il est attendu pour mener à bien le projet : - bonnes connaissances en mécanique des milieux déformables - connaissances en mécanique des fluides et modélisation des écoulements - bonnes connaissances en simulation numérique, notamment en méthode des élément finis - bonne aisance en programmation ou à défaut une appétence pour la programmation - niveau d'anglais suffisant pour la lecture et la rédaction de documents techniques et scientifiques et pour des présentations orales.
To successfully complete the project, you are expected to have : - good knowledge of the mechanics of deformable media - knowledge of fluid mechanics and flow modeling - good numerical simulation skills, particularly in finite element methods - good programming skills or, failing that, a pronounced interest in programming - sufficient level of English for reading and writing technical and scientific documents, and for oral presentations.