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Modélisation numérique des ondes de Favre

Présentation

Durée : 3 ans

EDF a actuellement un intérêt à comprendre et prédire certaines ondes de surface survenant dans des canaux alimentant des barrages de plaine, appelées ondes de Favre (1935). Ces ondes surviennent lorsqu’une ou plusieurs vannes de barrage sont brusquement fermées pour des raisons techniques, et se propagent vers l’amont du barrage. Elles consistent en une série d’ondes relativement amples et assez peu distantes les unes des autres (donc présentant des vitesses verticales non négligeables). On parle d’ondes non-linéaires et dispersives ; cette double propriété les rend très difficiles à prédire théoriquement et numériquement. Or, leur compréhension est d’un grand intérêt pour la production hydraulique, mais aussi pour la sûreté des installations nucléaires situées en amont sur la rive du canal.

Dans certains cas, à cause de la forme de la section du canal ou de sa courbure, on voit apparaître des phénomènes plus complexes, notamment un déferlement près des berges (voir Figure 2). Ces mécanismes sont en partie incompris, et là encore difficiles à modéliser. D’autres effets rendent les prédictions théoriques très délicates, comme la pente du canal et le frottement. L’approche numérique (simulation par ordinateur) est donc privilégiée pour l’analyse de ces ondes.

EDF développe depuis plusieurs décennies le système hydro-informatique open-source Telemac-Mascaret (http://www.opentelemac.org/), qui permet de modéliser en éléments finis et volumes finis de nombreux types d’écoulements naturels. Ce système inclut des modules représentant les écoulements intégrés sur une colonne d’eau, donc vus en deux dimensions horizontales (comme les équations de Saint-Venant 2D) et les écoulements intégrés sur une section de rivière ou de canal, donc vus en une seule dimension spatiale (comme les équations de Saint-Venant 1D). Ces approches sont préférées pour modéliser les ondes de Favre, car on envisage des applications sur des domaines assez étendus sur l’horizontale, comme des canaux de plusieurs kilomètres ou dizaines de kilomètres.    

L’objet de cette thèse est de développer deux modèles numériques opérationnels pour modéliser les ondes de Favre (et plus généralement les ondes de surface non-linéaires et dispersives), l’un en 1D pour les applications sur de longues distances, l’autre en 2D pour traiter localement les cas plus complexes. Ce travail se fera dans la plateforme Telemac-Mascaret, à partir de travaux antérieurs.

La thèse sera financée par EDF et prendra place dans les locaux du LNHE (département d’EDF R&D) et du LHSV (Laboratoire d’Hydraulique Saint-Venant, partagé entre EDF, l’Ecole des Ponts et le Cerema), tous deux situés à Chatou, près de Paris, sur le site d’EDF R&D. Elle se fera sous la direction scientifique de Damien Violeau, chercheur senior EDF & LHSV. L’équipe encadrante comprendra également Eric Demay, chef de projet EDF R&D, ainsi qu'un ingénieur-chercheur développeur d'EDF R&D, et Grégory Guyot, ingénieur EDF/CIH. Du côté de l’Inria de Bordeaux, Mario Ricchiuto prendra également part à l’encadrement. Ce travail devrait débuter à l’automne 2021 et s’étendre sur trois ans.

Le ou la doctorant.e sera rémunéré.e par EDF, environ 2600 euros bruts mensuels (en fonction du diplôme) si le dossier CIFRE est accepté. Les candidat.e.s doivent contacter Damien Violeau (dont l’adresse mail est en tête de ce document) en joignant un CV et une courte lettre de motivation. On demande une bonne connaissance de la mécanique des fluides, un bon niveau en physique mathématique, des aptitudes (et si possible une expérience) à la programmation et de la motivation. Les candidat.e.s doivent également être prêt.e.s à participer à des expériences en laboratoire de mécanique des fluides.



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