Modélisation des effets de topographie sur une couche limite neutre

Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’un projet de partenariat de recherche entre l’Institut de Mécanique des fluides de Toulouse et l’entreprise TDF spécialisée dans la gestion et la mise en place d’infrastructures du réseau numérique et audiovisuel. TDF gère un parc de pylônes dotés d’antennes de diffusion sur l’ensemble du territoire européen. La gestion de ce parc de pylônes nécessite de connaître les efforts subis par les installations, en particulier ceux dûs au vent. Les sites de TDF sont situés en altitude afin de faciliter la diffusion. Dans ce contexte, TDF utilise une méthode analytique basée sur les travaux de Jackson et Hunt [1975] pour déterminer la vitesse de vent sur ces sites. Néanmoins, cette méthode analytique a des limites d’application, sa validité est en effet remise en question dans des situations d’enchaînement de topographies avec des pentes élevées. L’objectif de la thèse est d’étudier ces configurations de topographie au moyen de simulations numériques. Des situations de topographie 2D isolée avec une pente élevée ainsi que des enchaînements de topographie 2D sont étudiées. La première partie de ce travail consiste à valider le modèle numérique en se basant sur des données expérimentales collectées dans un canal hydraulique reproduisant un écoulement sur des topographies 2D. La modélisation numérique dans notre étude utilise une approche RANS avec un modèle de turbulence standard k epsilon. La comparaison avec les données expérimentales montre une bonne prédiction de l’écoulement par notre modèle numérique. Après la validation du modèle, une étude comparative a été réalisée entre une méthode analytique de prédiction des vents basée sur les travaux de Taylor et Lee [1984], les données expérimentales et les données numériques pour des configurations de topographie isolée. Les résultats montrent que la méthode analytique sousestime le coefficient d’accélération relative S et entraîne une augmentation de l’erreur sur l’estimation de S dans la zone de couche interne définie par Jackson et Hunt [1975]. Pour finir, cette thèse se focalise sur l’étude d’enchaînement de topographies 2D en situation de décollement de l’écoulement. Dans cette configuration, en fonction de la distance séparant les deux topographies, la zone de séparation de l’écoulement qui se forme à l’aval de la première topographie influence l’écoulement sur la seconde topographie. Les simulations réalisées en variant la distance ont permis d’observer un comportement proche d’une couche de mélange au niveau de la zone de séparation de l’écoulement de la première topographie. Cette observation a permis de proposer une modélisation analytique de l’écoulement basée sur un modèle de couche de mélange plane (Pope [2000]). Cette modélisation permet d’obtenir une estimation de l’écoulement turbulent venant impacter la seconde topographie lorsqu’elle se trouve dans la zone de séparation de l’écoulement de la première topographie.