Modelling of waves generated by landslides. Discontinuous and continuous approaches and focus on energy transfers
Modélisation des vagues générées par les glissements de terrain. Approches discontinues et continues et transferts d'énergie
Résumé
Tsunamis generated by landslides can be sub-aerial or underwater. Few real case data are available on the size, composition and speed of the slide at the time of wave generation. To study wave generation processes, it may be interesting to use laboratory experiments or numerical simulations. Many numerical landslide and flow models are used in the literature. In this thesis, two approaches to landslide modelling are considered. The flows are solved by the THETIS model developed at the University of Bordeaux. This model solves the multi-fluid Navier-Stokes equations for incompressible and immiscible fluids. The thesis is divided into three parts.
A discontinuous approach is presented in the first part of the thesis. This method consists in modelling a landslide by a set of solid discs in the THETIS computational fluid mechanics code. Solid discs are modelled by a fluid with a very high viscosity. This fluid deforms very little but the collision of two discs is plastic, i.e. if two discs collide, they merge. To avoid this phenomenon, a method based on volume forces managing solid/solid collisions is developed. Simulations to validate this method are carried out from experiments on stacking cylinders dropped on a slope.
The second part deals with the modelling of the landslide by a Newtonian fluid or µ(I) rheology for two log release experiments on the slope of a channel. A study of energy transfers from slide to wave is presented. It highlights the speed of transfers and the importance of slide modelling at the beginning of its movement for wave generation. This study made it possible to make more realistic simulations of waves generated by the fall of a slope part of the Cumbre Vieja volcano in the Canary Islands by Abadie et al (article in revision) by modelling the slide with a high viscosity Newtonian fluid.
In the framework of the RAVEX project (Risks Associated with Explosive Volcanism), the last part of the thesis presents simulations of waves generated by the release of a very low viscosity fluid on a slope. The objective is to validate the modeling of wave generation by pyroclastic flow with a low viscosity Newtonian fluid. Indeed, pyroclastic flows are granular flows that have high mobility due to pore gas pressure and are therefore close to Newtonian fluid flows. The influence of the physical parameters of the fluid (density and viscosity) and the opening height of the door on the wave height generated is finally studied.
Les tsunamis générés par des glissements de terrain peuvent être subaériens ou sous-marins. Peu de données de cas réels sont disponibles sur la taille, composition et vitesse du glissement au moment de la génération des vagues. Pour étudier les processus de génération des vagues, il peut être intéressant de passer par des expériences en laboratoire ou des simulations numériques. De nombreux modèles numériques de glissements de terrain et d'écoulement sont utilisés dans la littérature. Dans cette thèse, deux approches de modélisation du glissement de terrain sont considérées. Les écoulements sont résolus par le modèle THETIS développé à l'université de Bordeaux. Ce modèle résout les équations de Navier-Stokes multifluide pour des fluides incompressibles et immiscibles. La thèse est divisée en trois parties.
Une approche discontinue est présentée dans la première partie de la thèse. Cette méthode consiste à modéliser un glissement de terrain par un ensemble de disques solides dans le code de mécanique des fluides numérique THETIS. Les disques solides sont modélisés par un fluide dont la viscosité est très élevée. Ce fluide se déforme très peu mais la collision de deux disques est plastique, c'est à dire que si deux disques entrent en collision, ils fusionnent. Pour éviter ce phénomène, une méthode basée sur des forces volumiques gérant les collisions solides/solides est développée. Des simulations visant à valider cette méthode sont réalisées à partir d'expériences d’empilement de cylindres lâché sur une pente.
La deuxième partie traite de la modélisation du glissement de terrain par un fluide newtonien ou de rhéologie µ(I) pour deux expériences de lâcher de billes sur la pente d'un canal. Une étude des transferts d'énergie du glissement aux vagues est présentée. Elle permet de mettre en avant la rapidité des transferts et l'importance de la modélisation du glissement au début de sa mise en mouvement pour la génération des vagues. Cette étude a permis de faire des simulations plus réalistes de vagues générées par la chute d'un flanc du volcan Cumbre Vieja aux Canaries réalisées par Abadie et al. (article en révision) en modélisant le glissement par un fluide newtonien à forte viscosité.
Dans le cadre du projet RAVEX (Risques Associés au Volcanisme EXplosif), la dernière partie de la thèse présente des simulations de vagues générées par le lâcher d’un fluide très peu visqueux sur une pente. L’objectif est de valider la modélisation de la génération de vagues par un écoulement pyroclastique par un fluide newtonien à faible viscosité . En effet, les écoulements pyroclastiques sont des écoulements granulaires qui ont une grande mobilité dû à la pression du gaz interstitiel et se rapprochent donc d'écoulements de fluide newtonien. L'influence des paramètres physiques du fluide (densité et viscosité) et la hauteur d'ouverture de la porte sur la hauteur de vague générée est enfin étudiée.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)