Sédimentation de particules en écoulement turbulent – CoDSPiT

La dynamique des particules solides en suspension dans un fluide est un problème complexe et fascinant de la mécanique des fluides, avec des applications dans des domaines aussi variés que l'environnement, l'industrie pétrolière ou l’industrie chimique. Parmi les différents types d’écoulements que l’on peut rencontrer dans la nature ou à travers les applications industrielles, la sédimentation joue un rôle central et fondamental : elle représente en effet l'un des écoulements de particules les plus simples que l’on puisse rencontrer tout en englobant la plupart des caractéristiques complexes présentes dans de nombreuses autres situations. Alors que la plupart des études antérieures (à la fois expérimentales et numériques) sur la sédimentation ont porté sur des écoulements à faible nombre de Reynolds, dans lesquels l'inertie du fluide et des particules peut être négligée par rapport aux forces visqueuses, la plupart des applications pratiques impliquant la sédimentation font intervenir de l'inertie et/ou de la turbulence.
L'objectif de la présente étude est donc de comprendre l'effet de la turbulence de l'écoulement sur la sédimentation des particules. Cet effet est intimement lié à l'interaction locale des particules avec les structures spatiales de l'écoulement. Ces structures tourbillonnaires ont un effet significatif sur le transport des particules et sur leur concentration locale. Les effets collectifs entre les particules peuvent également affecter cette sédimentation. Ce dernier effet, qui n'a pas été pris en compte dans les études précédentes, est au centre du présent projet.
Nous proposons une étude conjointe expérimentale-numérique pour examiner ces questions. L'approche que nous avons l'intention de suivre est double. Tout d'abord, nous souhaitons nous pencher sur une expérience modèle 2D couplée à des simulations numériques, qui permettra de déterminer les mécanismes physiques impliqués. Parallèlement, nous allons nous attaquer à une vraie turbulence 3D en nous focalisant sur deux situations : un lit fluidisé et un canal de sédimentation avec une grille active. Les simulations numériques validées sur la situation 2D seront testées sur cette géométrie 3D plus complexe.