Etude du mélange transverse en écoulement à surface libre non uniforme

Ce travail de thèse s’inscrit dans une problématique de modélisation et gestion des rejets en rivière, et plus particulièrement sur la façon dont les rejets se mélangent au sein d’une section perpendiculaire à l’écoulement. La prédiction de ce mélange est essentielle pour estimer les niveaux de concentration à l’aval des rejets et anticiper les impacts sanitaires et environnementaux. Elle se fait habituellement à l’aide d’un modèle simplifié qui suppose un écoulement uniforme longitudinalement (vitesse et profondeur constantes le long du cours d’eau), et introduit un coefficient dit « de mélange transverse », qui quantifie l’efficacité du mélange. Les études en rivière supposent l’uniformité longitudinale de l’écoulement, et rapportent des valeurs de ce coefficient souvent bien supérieures à celles en laboratoire pour lesquelles l’uniformité longitudinale de l’écoulement est vérifiée, et ce, sans explication plausible. L’objectif de cette thèse est de vérifier si le mélange transverse en rivière est accentué par un écoulement non-uniforme (accéléré ou décéléré) souvent observé sur le terrain, et non étudié en laboratoire. Pour répondre à cet objectif, des expériences de traçages in-situ ont eu lieu dans la Durance, une rivière de piémont présentant des écoulements non-uniformes longitudinalement. Une première campagne de mesure en rivière met en évidence une augmentation du coefficient de mélange transverse avec l’augmentation du paramètre de non-uniformité longitudinale de l’écoulement, aboutissant à une loi empirique permettant de prédire et d’expliquer les fortes valeurs du coefficient en rivières. Une deuxième campagne montre ensuite la forte influence de la résolution spatiale des mesures utilisées pour moyenner les paramètres hydrauliques du modèle simplifié, ainsi que le paramètre de non-uniformité. Enfin, une étude en conditions contrôlées de laboratoire, produisant des écoulement accélérés, confirme l’augmentation du coefficient de mélange transverse par rapport à un écoulement uniforme. Des expérimentations plus poussées restent cependant requises afin de comprendre les mécanismes associés à l’augmentation de l’efficacité du mélange en écoulement non uniforme, ainsi que pour établir une loi opérationnelle permettant de prédire le coefficient de mélange transverse dans une de rivière de piémont.