Diapositive 1

Simulation des inondations en milieu urbain lors dun vnement pluvieux extrmeRobert MOSE, Quentin ARAUD, Jos VAZQUEZ , Pascal FINAUD-GUYOTIMFS (CNRS, Universit de Strasbourg, ENGEES, INSA Strasbourg)

rmose@imfs.u-strasbg.frContexte04/12/20122

Prvisions des hauteurs deau et des dbits (PPRI)

Ecoulements complexes et assez peu tudis

Outils informatiques peu valids

Inondation Lige en juin 2008Objectifs04/12/20123Plan de la prsentationDveloppement dun outil numriquePilote inondationValidation des outils numriquesConclusions et perspectives

04/12/20124Plan de la prsentationDveloppement dun outil numriquePilote inondationValidation des outils numriquesConclusions et perspectives

04/12/20125Outil dvelopp au laboratoire04/12/20126Code 2D - Equation de BSV 2DConservation de la masse et de la quantit de mouvement04/12/20127

La discrtisation spatiale : lments finis discontinus04/12/20128U(x,y) = a x + b y + cU3U1 U2Dveloppements ralisesNouveau limiteur de penteIntgration des flux numriquesWell-balancedEigenVector ReconstructionThorie (adapte des travaux de GUINOT en volumes finis)Rsultats04/12/20129EigenVector Reconstruction 04/12/201210Runge Kutta 2 EVR n

n+1

1re tape : Projection 04/12/201211

3 vecteurs propres

Projection dans la base des vecteurs propres Projection dans le rfrentiel de linterface1re tape : 04/12/201212

222nd tape : la reconstruction04/12/201213Maille iMaille jt = n+1/2

tVLn+1/2l (3)0ca (3)=cst

n

l (1)h(tn, c)h(tn, 0)Rcapitulatif04/12/201214Reconstruction de VLn+1/2 et VRn+1/2 ( partir de hL et hR)Calcul du flux numriqueCalcul de Un+1 en une seule opration

=> moins doprations => plus stableDveloppements ralisesNouveau limiteur de penteIntgration des flux numriquesWell-balancedEigenVector ReconstructionThorieRsultats04/12/201215Rupture de barrage 1D04/12/201216x0Xz10 m1 m200 mRupture de barrage 1D

04/12/201217

Rupture de barrage sur fond sec04/12/201218

PLAN DE LA PRESENTATIONDveloppement dun outil numriquePilote inondationValidation des outils numriquesConclusions et perspectives

04/12/201219PLAN DE LA PRESENTATIONDveloppement dun outil numriquePilote inondationPrsentation du dispositifExpriences ralisesConclusions et perspectivesValidation des outils numriquesConclusions et perspectives

04/12/201220Pilote inondation 04/12/201221Interactions entre les carrefours dans un quartier

Donnes exprimentales lchelle du quartierModle rduit lchelle du quartier Gestions complexes et peu flexibles des conditions aux limites Contrle des conditions la limites Banc exprimental flexibleLimite de la biblioRponse propose

Prsentation du dispositif04/12/201222

PLAN DE LA PRESENTATIONDveloppement dun outil numriquePilote inondationPrsentation du dispositifExpriences ralisesConclusions et perspectivesValidation des outils numriquesConclusions et perspectives

04/12/201223Grandeurs tudies04/12/201224Expriences et notationRgime permanentPente faibleDbit total inject10 m3/h 100 m3/hCondition dinjection0 % - 100%Sortie libre

Configuration 10.3 10 x 10 m3/h.3 x 10%04/12/201225

30 m3/h70 m3/hExpriences ralises - influence du dbit total inject04/12/201226ExprienceDbit total InjectionMesures1.510 m3/h50 %Q2.520 m3/h50 %Q et h6.560 m3/h50 %Q et h8.580 m3/h50 %Q et h10.5100 m3/h50 %Q et hAnalyse des rsultats 04/12/201227Rpartition des dbits lchelle du quartier04/12/201228ExprienceQEstQsud1.538,9 %61,1 %2.539,3 %60,7 %6.540,3 %59,7 %8.540,5 %59,5 %10.540,9 %59,1 %

QsudQEstAnalyse des rsultats 04/12/201229Rpartition des dbits lchelle de la rue04/12/201230

1.52.56.58.510.5

Analyse des rsultats 04/12/201231Hauteur deau04/12/201232

Hauteur deau pour la configuration 2.510.5Hauteur deau pour la configuration 10.5Hauteur deau

04/12/201233

Hauteur deau globale

04/12/2012341,35

Analyse des rsultats 04/12/201235Hauteur deau lchelle de la rue

04/12/201236

Configuration 10.5Configuration 2.51234567

1234567Diffrence de hauteur

04/12/201237

Hauteur deau normalise04/12/201238

PLAN DE LA PRESENTATIONDveloppement dun outil numriquePilote inondationPrsentation du dispositifExpriences ralisesConclusions et perspectivesValidation des outils numriquesConclusions et perspectives

04/12/201239BilanCaractrisation du fonctionnement du quartierMise en vidence dinvariantsPrpondrance des effets dans les carrefoursImportance des pertes de charges singuliresFaible influence des conditions dinjection sur la rpartition des dbits

Lien apparat entre chelle locale et globale04/12/201240PerspectivesMesures des vitessesInfluences des conditions la limite avalEcoulements en rgime torrentielInfluence de la gomtrie04/12/201241PLAN DE LA PRESENTATIONDveloppement dun outil numriquePilote inondationValidation des outils numriquesConclusions et perspectives

04/12/201242Outils numriques tests2 types de code tests :

Code 3D : Ansys-Fluent Code 2D : Neptune 2D04/12/201243Ansys-Fluent 04/12/201244Reynolds Averaged Navier Stokes equationsModle de turbulence k-VOF700 000 mailles

Ansys-Fluent 30/11/2012Araud, Q. - Simulation des inondations en milieu urbain lors d'un vnement pluvieux extrme45

Conditions la limite04/12/201246

Conditions dentre : Vitesse impose

Conditions de sortie :Pression impose

Neptune 2DFormule de Manning StricklerKs = 80 m1/3s-120 000 mailles

04/12/201247

Comparaison avec Ansys-Fluent 04/12/201248

Hauteur deau calcule avec Ansys-Fluent pour la configuration 10.5 Hauteur deau exprimentale pour 10.5

Ecart relatif entre le numrique et lexprimental Hauteur deau exprimentale pour la configuration 10.5 Ecarts entre lexprimental et le numrique pour la configuration 10.5Comparaison avec Neptune 2D04/12/201249

Ecart entre lexprimental et le numrique

Hauteur deau exprimentale pour la configuration 10.5

Hauteur deau calcule avec Neptune 2D pour la configuration 10.549Comparaison pour la configuration 10.504/12/201250

Rue 4Rue AComparaison pour la configuration 2.5

04/12/201251

Rue 4Rue ARpartition des dbits 10.504/12/201252

Rpartition des dbits 2.504/12/201253

Discussion Pression hydrostatique04/12/201254

Ecarts entre la pression et la pression hydrostatique pour la configuration 2.5Ecarts entre la pression et la pression hydrostatique pour la configuration 10.5Zone de recirculation04/12/201255Echelle des vitesses

Profil de vitesse avec Neptune 2DProfil de vitesse avec Ansys-Fluent 3D Profils de vitesse simulsBilan Ecarts dAnsys-Fluent de lordre de 10 %

Ecarts Neptune 2D dpend des dbits injects10 % pour un dbit total de 20 m3/h plus de 20 % pour des dbits suprieurs 04/12/201256BilanEffets des pressions non-hydrostastiques

Mauvaise reprsentation des zones de recirculation

Absence de modle de turbulence04/12/201257PLAN DE LA PRESENTATIONDveloppement dun outil numriquePilote inondationValidation des outils numriquesConclusions et perspectives

04/12/201258Conclusions (numrique)Mise au point de loutil de modlisation Neptune 2DPlus rapidePlus stableWell-balanced

Validation qualitative avec lexprimental

04/12/201259Conclusions (exprimental)Mise en place dun modle rduitDonnes de validationRgime dcoulement particulier lchelle du quartierMise en vidences dinvariantsLien entre chelle locale et lchelle globale

04/12/201260Conclusions (validation)Validation des outils numriquesEcarts avec Ansys-Fluent de lordre de 10%Ecarts pour Neptune 2D entre 10% et 20 % en fonction des dbits injects

04/12/201261Perspectives (numriques)Comparaison de Neptune 2D avec des codes volumes finis

Ajout dun modle de turbulence

04/12/201262Perspectives (exprimental)Mesures de vitessesInfluence des conditions aux limites avalEcoulements torrentielsNouvelles gomtries

04/12/20126304/12/201264