An experimental study of interaction between gravity flow and its flow bed ; application to powder snow avalanches 

Étude expérimentale de l'interaction entre un écoulement de gravité et son lit d'écoulement, application aux avalanches de neige en aérosol

Denis Brossard (1)

1 UR ETGR (ETNA) - Érosion torrentielle, neige et avalanches

In 1998, Naaim and Gurer proposed the "two-layers" model for snow avalanches. The avalanche is described as a superposition of two layers. Near the ground is a basal layer in which the flow is collisional. This layer is overlaid by an upper layer - a  turblent two-phase flow. Each layer has its own dynamics. Mass and momentum transfers take place in the interface zone separating the two layers.   This study presents an analysis of this interface, viewed as the bottom of the two-phase flow of the upper layer. A modeling with saline density cloud flowing in an immerged canal has been carried out. Measurements have been performed using image processing. Influence of the flow bed structure on the flow dynamics and erosion locates have also been studied. These results have been compared with the bibliographic data and a conceptual analysis of the erosion phenomenon. An analytical formulation of erosion has been proposed. It consider an attenuation of turbulence due to the presence of suspended particles in the flow. This has been integrated in a numerical modeling, putting in evidence the link with experimental results.

Naaim et Gurer (1998) proposent une modélisation des avalanches de neige par le modèle dit « bi-couche ». L'avalanche y est décrite comme la superposition de deux couches : proche du sol une couche où l'écoulement est collisionnel, au dessus une couche au sein de laquelle l'écoulement est diphasique et turbulent. Ces deux couches ont chacune une dynamique propre distincte ; des échanges de masse et de quantité de mouvement ont lieu dans la zone d'interface séparant les deux couches. Le travail présenté ici propose une étude de cette interface vue comme lit d'écoulement de la couche supérieure. Pour cela, une modélisation expérimentale par bouffée de densité saline s'écoulant dans un canal noyé a été mise en place. Les mesures ont été réalisées par prise et analyse d'images. Cela a permis d'étudier l'influence du lit d'écoulement sur la dynamique de la bouffée et de localiser l'érosion qu'elle engendre appelée reprise. Ces résultats ont été confrontés à une large analyse bibliographique et à une analyse conceptuelle du phénomène de reprise. Une formulation analytique de la reprise prenant en compte une atténuation de la turbulence, par le fait de la présence de particules en suspension dans l'écoulement, a alors été proposée. Elle a été intégrée à une modélisation numérique reproduisant correctement les résultats observés expérimentalement.

Mots clés: Avalanche; experimental modeling; suspension of particles; erosion law; puff of gravity; aerosol; powdery snow; turbulent flow

Mots clés: Avalanche; modélisation expérimentale; mise en suspension de particules; loi d'érosion; bouffée de gravité; aérosol; neige poudreuse; écoulement turbulent

Domaines: Dynamique des Fluides [physics.flu-dyn]

Denis Brossard. Étude expérimentale de l'interaction entre un écoulement de gravité et son lit d'écoulement, application aux avalanches de neige en aérosol. Dynamique des Fluides [physics.flu-dyn]. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00503022⟩