www.saint-venant-lab.com Sédimentation et consolidation de la Tangue du Mont Saint Michel CETMEF Damien PHAM VAN BANG (CETMEF) Lan Anh VAN (ENPC-LHSV) LHSV Remerciements: Olivier BOUCHER (CETMEF) et Patrick BRISSET RUEIL-MALMAISON Mont Saint Michel, novembre 1 1
Introduction Le phénomène de sédimentation et de consolidation 1.1 Dispositifs expérimentaux 1. Théorie de sédimentation et de consolidation Les essais sur la Tangue du Mont Saint Michel CETMEF.1 Matériau et dispositif expérimental. Résultats expérimentaux.3 Formulation de la sédimentation de la Tangue Self similar solution to self weigth consolidation 3.1 without ageing 3. with ageing Conclusions et perspectives
http://fr.wikipedia.org/wiki/image:mount _Saint_Michael_SPOT_11.jpg e http://www.futurasciences.com/galerie_photos/showphoto.php/photo/15 s
1.1 : Dispositifs expérimentaux
Les nouveaux dispositifs Scanners Rayons X (Oxford) Been (19), Sills (1997), Bartholomeeusen(3) Pham Van Bang (9) Cette étude 9 Rayons g (Ghent) Toorman (199) Gallois (1995) Merckelbach () Nguyen () RMN (Champs sur Marne) Pham Van Bang () Pham Van Bang () Projet commun -
1. : Théorie de la sédimentation et de la consolidation Théorie de Kynch (195) Sédimentation ( J J ) f c + =- t z J = V( f). f = V.h( f). f c d st Génie chimique Pe>> 1 Théorie de Terzaghi (193) Consolidation u u - C. v = où C t z 1-f e = f v Mécanique des sols ds K( 1+ e) - de = Ł ł g w Stokes (15) Δρgr V= st 9μ f ØK. f ds fø - Œ.. œ = t z g df z º W ß Théorie de Gibson (197) e K e K ds e + ( ds - 1 ) +.. = t e (1+ e) a a g (1+ e) de a Ł ł Ł W ł Description Lagrangienne f Ø K s ' ø - Œ Ks ( - 1) f+ fœ = t z Œº Ł g f z ł œß Description Eulérienne
La théorie de la sédimentation Kynch, 195 f df ( f) f + = t df z Méthode des caractéristiques df = f( z + dz, t + dt) - f(,) z t = dz dt = df ( f) df 3 régimes de sédimentation selon f (conc. initiale) f i (inflexion) f max (blocage) f t (tangent)
.1 : Matériau et dispositif expérimental a) avec ultrasons µm ~1 µm b) sans ultrasons µm ~1 µm Prélèvements (mars 9) granulo-laser (EDF/R&D/LNHE)
Scanner X (Saclay, 91)
. : Résultats expérimentaux Test 1 C (g/l) Test C (g/l) 1 z (cm) 1 1 1 1 5 C =5g/L 7 5 3 1 35 3 5 15 1 t (h) z (cm) (cm) 1 1 1 1 1 C =9g/L 1 3 t (h) 7 5 3 1 5 Test 3 C (g/l) Test C (g/l) C =115g/L 7 5 C =g/l 3 z (cm) 1 1 1 1 1 7 5 3 t (h) z (cm) 1 1 1 1 1 5 5 35 3 5 15 1 t (h) 1
Profils de concentration Z (cm) 1 1 1 1 1 C =5g/L test 1 (first 3 min) a 1 ) min 1min min 1min min min min min 1min min 1min min 1min min Z (cm) 1 1 1 1 1 C =9g/L test (first hour) 1 profil every min a ) Z (cm) 1 3 5 7 C (g/l) 15 1 5 C =115g/L a 3 ) test 3 (first min) 3 3 1 3 1 3 1 3 1 1-1 1 3 5 7 C (g/l) Z (cm) 1 1 1 1 1 1 3 5 7 C (g/l) test (first h) 9 1 15 1 1 a ) C =g/l 1 3 5 7 C (g/l)
Spatio-temporel 1 b 1 ) 1 b ) 1 1 1 C =5g/L 1 1 1 C =9g/L z (cm) 1 Z (cm) 1 1 1,E 1 1,E 1,E1,E1,E,E,E,E E,E 3E 5 1 15 5 3 t (min) 1,E 1,E 1,E E 1 3 5 time (min) 1 1 1 b 3 ) C =115g/L 1 1 1 1,7E,E,E 5,3E 3,5E b ) C =g/l Z (cm) 1,E Z (cm) 1 1,E,E 3,E E 5,E,E 1 3 time (min) 1 1 1 1 1 time (min)
.3 : Formulation de la sédimentation de la Tangue f df ( f) f + = t df z Loi de flux (solide) Equation de Kynch (195) n-1 df ( f) f Ø f nf ø = Vst 1- Œ 1- ( 1- f) - (1-f) œ df Ł fm ł º Ł fm ł fm ß f f( f) = Vst (1-f) 1- f Ł fm ł in Pham Van Bang et al. () V st =.1-3 m/s n = 1 f m =,5 n dz/dt (m/s) 5,E-,E- test 1 test 3,E- test 3 fit,e- 1,E-,E+ -1,E- -,E- C (g/l) 13
Discussion-prédiction Rapport de Bougis (données Migniot, 19) ce rapport d étude (données, 9) Diagramme de Thorn Vase de Severn (U.K) Z (cm) 1 1 1 1 1 1 1,E 1,E 1,E C =5g/L Exp (test1) 1,E E 1 3 5 time (min) 35 3 5 15 1 5 Code numérique: 1D-FE-FCT Sim (test1)
3.1 : Self similar solution to self weight consolidation f ( c ) = f Ø K s ' ø - Œ Ks ( - 1) f + fœ = t z Œº Ł g f z ł œß f b f = f t* z* Ł z* ł 1 f( z, t ) = f c = 1/ b b Ø M ( b + ) ø M - c if c Œ, œ Ł ( b + ) ł º b ß if * * 1 b + t* t c > z * 1 b + * M ( b + ) b ( c) Equation de Gibson, eulerien (197) f ( c ) = f Ø b a f ø = Œf t* œ t* z* º z* ß f 1, = f( c) ( z t ) c = * * 1+ a b + t* t z * 1+ a b + * 1/ b ba ( + 1) Ø M ( b+ ) ø M - c if c Œ, œ Ł ( b+ ) ł º ba ( + 1) ß if c > M ( b + ) ba ( + 1) Application à la vase de la Gironde 15
Discussion-prédiction Premiers resultats Without time-effect With time-effect or ageing
CONCLUSIONS Granulométrie laser (EDF) - répartition non-homogène de la Tangue en espace, - courbe cumulée étalée, distribution bi-disperses des tailles, - sablo-limoneuxł propriétés de type sablo-vaseux Scanner à rayons X (CEA) CETMEF - optimisé/amélioré pour haute fréquence d acquisition sur une longue période (motorisation automatisé par ordinateur), - observation et formulation par des analyses espace-temps - formulation implémentée dans un modèle numérique pour vérifier son caractère prédictif, PERSPECTIVES - phénomène de ségrégation pour les sablo-vaseux : double technologie nucléonique ; interdépendance sable-vase - interaction consolidation-érosion (érodimètre + scanner X) 17
LHSV Merci pour votre attention CETMEF RUEIL-MALMAISON damien.pham-van-bang@developpement-durable.gouv.fr
Annexes : validation of a 1D-FE-FCT numerical model on MRI experiments Polystyrene beads in silicone oil F =,9 ; r = 15 µm; r s = 15 kg/m 3 ; r f = 95 kg/m 3 ; m f =, Pa.s H = 5,5 cm ; durée = 3 min 1 noeuds (dz =,9 mm) 1 pas de temps (dt = 1 s) Kaolinite suspension F =,1 ; polydispersed (dmoy~ 1 µm); r s = 5 kg/m 3 ; r f = 1 kg/m 3 ; m f =,1 Pa.s H = 7,9 cm ; durée = 1 h 3 min 1 nodes (dz = 1,1 mm) 5 timesteps (dt = s) 5 5 V up 7 z (cm) 3 z (cm) 11 profiles (Dt= min) 5 3 experiment simulation V down V up No consolidation V down 1 characteristic lines 1 5 1 15 5 3 35 t (min) beginning of MRI's records,,,, solid volume fraction f z (cm) 5 3 1,,1,,3,,5,,5,1,15,,5,3,35,,5,5 solid volume fraction (f) 3 1
Annexes : calibration of X-ray method on the Tangue 3 Water density, current variation for different (very high) tension N/N 1,9,,7,,5,,3,,1 N/N (first test) N/N (second test) N/N (third test) exponential FIT 1 3 C (g/l) chocs/s 5 15 kv kv kv kv kv 3kV Radioactivable 1 Fluorescent Electromagnetical Tracing technologies 5 Chemical Radioactive Natural 5 1 15 5 3 35 Current µa