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Fiche détaillée Thèses
Université de droit, d'économie et des sciences - Aix-Marseille III (1999-11-24), Jean-Yves Bottero (Dir.)
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Agrégation des particules: structure, dynamique et simulation. Application au cas d'un écoulement stratifié: l'estuaire du Rhône.
Antoine Thill1, 2

Ce travail a pour objectif de comprendre et de mesurer les processus d'agrégation et leur impact sur le transport et le dépôt de matière à l'interface entre l'eau douce et l'eau de mer. Il combine des mesures de terrain au niveau de la zone de mélange du grand Rhône, des expériences de laboratoires et une étude numérique de l'agrégation.
En effet, afin de mener à bien cette étude, il a fallu développer de façon préliminaire différents outils. On a ainsi mis au point deux nouvelles méthodes de mesure expérimentale de la structure des agrégats qui échappent aux techniques existantes. Ces méthodes permettent, outre une meilleure connaissance du système, de développer et de valider un nouveau modèle de la cinétique de croissance des agrégats. Ce modèle numérique prend en compte la dimension fractale des agrégats ainsi que sa variabilité. Il est validé par confrontation à des données issues de la bibliographie et l'expériences.
Une étude de terrain dans l'estuaire du grand Rhône est menée dans des conditions hydrodynamiques contrastées (étiage, débit moyen et crue). Elle a permis d'obtenir, pour la première fois, une série de mesures de tailles de particules tout au long de la zone de mélange. Il est établi que les particules les plus grosses (supérieures à 5 microns) présentent une évolution contrôlée par la dilution, la sédimentation et
éventuellement la remise en suspension. Par contre, les particules plus petites (2 à 5 microns) montrent une augmentation de leur concentration le long de la zone de mélange. Dans les premiers temps du mélange, cette augmentation est liée à la fragmentation d'agrégats. Il est possible de montrer ensuite i) que l'agrégation des colloïdes ne peut expliquer cette augmentation que si ceux ci ne réagissent pas avec les fractions de tailles supérieures et présentent une réactivité très supérieure à la réactivité moyenne (alpha : 0.009) et ii) que la production primaire est un mécanisme probable pour expliquer cette augmentation.
1 :  CEREGE - Centre européen de recherche et d'enseignement de géosciences de l'environnement
2 :  LIONS - Laboratoire Interdisciplinaire sur l'Organisation Nanométrique et Supramoléculaire
Agrégation – dimension fractale – simulation – Rhône

This work aim at understanding and measuring aggregation processes and their implications for suspended matter transport and deposition at the fresh water /salt water interface. It combines field experiments in the Rhône river mixing zone, laboratory experiments and numerical simulations of aggregation processes.
Indeed, in order to be able to complete this study, it has been necessary to develop several specific tools. Two new experimental methods for aggregate structure determination have been set up that enable investigation on previously inaccessible samples. These two methods allow, beside a better knowledge of the system, to develop and validate a new aggregation numerical model. This model takes into account the fractal structure of aggregates and its variations. The model is validated using both experiments and bibliographic data.
Field experiments were performed during contrasted hydrodynamic conditions (low water discharge, medium water discharge and small flood). For the first time, measurements of the particle size distributions all along the mixing zone are obtained. It is established that settling, dilution and eventually resuspension control the largest particles (more than 5 microns) evolution. Concerning the smallest measured particles (2 to 5 microns), concentrations are increasing all along the mixing zone. In the first mixing stage, this is mainly du to large particle break-up. It is possible to show that in a second stage i) colloids aggregation can explain this increase only if they do not react with large particles and they have a reactivity higher than the
average value (alpha = 0.009) ii) primary production in the Rhône plume can be a significant mechanism explaining this increase.
Aggregation – fractal dimension – simulation – Rhône

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