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Des outils améliorés pour modéliser l'érosion

Les zones de faible altitude risquent d'être de plus en plus menacées par les inondations à cause du réchauffement climatique. Un consortium d'ingénieurs et de chercheurs financé par l'UE a développé un outil informatique amélioré pour modéliser les phénomènes liés à l'interaction entre sols et fluides et les problèmes d'érosion.
Des outils améliorés pour modéliser l'érosion
Les activités économiques, la croissance démographique et les impacts du changement climatique sont source de pression sur les zones habitables disponibles dans les régions de delta, les bassins fluviaux et les zones côtières dans le monde entier. Les progrès en ingénierie ont permis de gagner des étendues de terre sur les eaux, mais celles-ci nécessitent des structures défensives plus importantes et de meilleure qualité pour être protégées contre les inondations.

Bâtir des structures dans les zones côtières et les bassins fluviaux peut être une tâche très compliquée qui nécessite des expériences coûteuses pour être poursuivie sur des modèles à l'échelle. Par ailleurs, il n'existait pas de modèles numériques permettant de prendre en considération avec précision d'importantes déformations des sols et l'interaction entre les sols et l'eau, en tenant compte des changements de courant.

Ce problème a été abordé dans le cadre du projet GEO FLUID («Enhancement of the Material Point Method for fluid-structure interaction and erosion»), qui a développé un modèle pour étudier l'érosion. Le consortium a étendu et généralisé la méthode du point matériel (MPM) pour résoudre les problèmes d'interaction fluide-structure. Cela a permis aux chercheurs d'identifier l'interaction entre les fluides et les structures et de modéliser l'érosion et les transports de sédiments dans les écoulements à surfaces libres.

Les partenaires du projet ont utilisé l'équation de Navier–Stokes pour décrire le mouvement d'un liquide visqueux et ils l'ont appliquée à la MPM pour simuler les interactions entre fluide et surface. Les chercheurs ont réussi à modéliser les problèmes d'interaction solide-fluide et l'installation d'un géoconteneur au fond d'un réservoir d'eau. Les géoconteneurs sont de grands sacs en textile remplis de terre qui sont utilisés pour réparer les digues endommagées ou pour créer des barrages temporaires.

La MPM étendue peut être appliquée à des matériaux granulaires comme le sable ou le gravier. D'autres problèmes complexes pourraient également être modélisés avec succès, comme le débit de suintement à travers des matériaux poreux et la fluidification du sol et la sédimentation de matières granulaires en suspension dans l'eau. De plus, la MPM a permis de modéliser avec succès le processus d'affouillement par lequel les sols s'érodent et sont ensuite transportés vers d'autres endroits.

L'outil de calcul du projet GEO FLUID peut servir à concevoir des géoconteneurs plus efficaces et à prédire l'impact de l'affouillement et l'érosion. La méthode développée par le projet peut ainsi servir à déterminer les régions présentant un risque d'inondations et d'évènements associés et les aider à préparer des plans d'évacuation ou à protéger les zones menacées.

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