Dynamique d'un écoulement au voisinage d'un couvert végétal : effet de la densité du couvert
Résumé
Alors que se pose l'épineux problème de la préservation de notre patrimoine naturel, il est important de se demander ce qu'il advient des polluants qui se dispersent sous forme d'aérosols dans l'atmosphère. Après une phase de transport, souvent à longue distance, ces aérosols peuvent se déposer sur les couverts végétaux. Quels phénomènes, aérodynamiques et aérosols, pilotent le transfert vers l'intérieur du couvert et le dépôt consécutif ? La prévision de ces dépôts en fonction du type de couvert, de l'aérosol et des conditions aérodynamiques doit permettre d'identifier les zones sur lesquelles le risque de contamination et de pollution est le plus important [Petroff, 2004]. Un tel modèle doit, bien sûr, au préalable, être confronté à l'observation. Une des principales questions qui se pose alors naturellement est : l'écoulement turbulent à l'intérieur même d'un couvert végétal est-il correctement modélisé ? En effet, il est communément considéré que l'écoulement au voisinage et à l'intérieur d'un couvert est typique d'une couche de mélange. Il est caractérisé, entre autres, par l'existence d'un point d'inflexion à la cime du couvert, une zone de basses vitesses à l'intérieur de la végétation et une de grandes vitesses à l'extérieur, et des tensions de Reynolds distribuées, elles aussi, de façon assez nettement différente de ce que l'on a en couche limite. Cette analogie semble vérifiée pour une certaine densité d'arbres mais, lorsque la végétation se raréfie, il existe plus vraisemblablement une transition vers un écoulement classique de couche limite atmosphérique [Finnigan, 2000] puisque l'air en mouvement n'est plus autant ralenti par la partie basse de la canopée. L'analyse expérimentale du champ dynamique d'un écoulement à l'intérieur et au-dessus d'un couvert végétal en fonction de la distribution mutuelle des arbres de ce couvert est développée à l'I.R.P.H.E. afin de déterminer les critères de transition d'une couche de mélange à une couche limite au voisinage d'un couvert végétal lorsque celui-ci devient moins dense. Un couvert végétal artificiel de hauteur h est donc disposé de manière ordonnée (alignement ou en décalé) sur le fond du canal hydraulique à surface libre Hérode. La variation de la densité du couvert est obtenue en jouant sur l'espacement relatif des arbres, l'écart minimum entre deux arbres étant de 0.25×h. Des visualisations par fluorescence laser sont réalisées en illuminant horizontalement ou verticalement une tranche de l'écoulement (exemple du sillage d'un arbre isolé, fig. 1). Elles sont complétées par des mesures de vitesse par vélocimétrie par images de particules utilisant le même dispositif expérimental et en ensemençant l'écoulement de microparticules.