Écoulement dans le sillage

En règle générale, l’écoulement généré sur un fond sableux tend à générer un écoulement secondaire. Une zone de recirculation est créée à l’aval du fond sableux. Elle tend à augmenter

t = 5.9 s t = 9.5 s

l’anisotropie de la turbulence de l’écoulement et à augmenter le gradient de vitesse dans la zone de recirculation. L’interaction entre la zone de recirculation et les particules modifie l’organisation transversale du fond sableux (tas et barre se transforment en barkhane) et change les caractéristiques longitudinales de l’écoulement.

Dans le CHAPITRE IV (cf.IV.1), nous avons analysé la zone de recirculation où le suivi de l’écoulement a été mis en évidence à l’aval de la crête de la ride. Pour compléter cette partie, nous allons combiner à cet écoulement un mélange de particules, leur suivi ne dépendra donc que du comportement de l’écoulement à l’aval de la barkhane. La Figure V- 30–a, représente les empreintes du déplacement des particules pour un nombre de Froude de 0.01. À l’instant t = 0, les particules sont arrachées du dos de la barre, mais la zone de recirculation n’est pas encore assez grande pour piéger ces particules. En conséquence, les particules sont entrainées en un flux global sur toute la barre. Quand la perturbation est assez efficace, les particules sont déplacées par sauts de la crête de la barkhane vers la face d’avalanche. Au fur et mesure que le forçage continu, la formation d’une zone de recirculation s’établit de plus en plus. La formation et le déplacement des barkhanes sont le résultat de l’interaction entre l’écoulement et les particules. Nous avons constaté que les propriétés de l’écoulement changent à l’aval du creux de la ride. De la même manière, l’écoulement est altéré par la présence de la barkhane produisant ainsi une zone de décélération dans la face d’avalanche. À l’amont, nous assistons donc à une augmentation de la vitesse de l’écoulement du pied vers le dos de la barkhane. Un décollement de la couche limite est créé vers la crête de la barkhane suite à cette interaction (écoulement / particules) [Figure V- 30-a]. Ce décollement donne naissance à une zone de recirculation où la formation de la face d’avalanche peut avoir lieu. Les particules sont plutôt piégées au niveau de cette zone d’avalanche. ωette zone de recirculation joue un rôle crucial dans la formation et la stabilité des barkhanes.

L’écoulement à l’aval de la barkhane est complexe. D’une part, nous sommes en présence d’une combinaison d’un écoulement à l’aval d’une marche qui est l’écoulement dévié par la barkhane en raison de sa forme finie et d’autre part, un cas identique à un écoulement à l’aval d’une ride est présent sur la partie centrale de la barkhane. Le rôle principal de la zone de recirculation en état d’équilibre est de maintenir les particules au niveau de la crête de la barkhane. Si aucun facteur extérieur n’influence cet équilibre, toutes les particules érodées de la crête de la barkhane s’arrangent pour y rester autour de cette dernière, soit au niveau des cornes ou au niveau de la face d’avalanche. Un schéma turbulent avec présence de tourbillons semblable à l’écoulement à l’aval d’une ride est bien présent à l’aval de la barkhane. Dans cet écoulement fluide/sédiments, les tourbillons chargés de particules sont entrainées de la crête de la barkhane vers la face d’avalanche.

La Figure V- 30 montre la présence d’une succession de tourbillons dans la zone de recirculation. ωontrairement à la zone de recirculation l’aval de la ride fixe [Figure V- 30-b], la longueur de celle-ci à l’aval de la barkhane est moins importante, cela démontre ce qui est vu dans la Figure IV- 10 et la Figure IV- 11 concernant les simulations d’un écoulement turbulent. La présence de tourbillons est bien nette au niveau de la zone de recirculation des deux formes géomorphologiques (ride fixe et ride mobile). Par contre, la distance de propagation de ces tourbillons n’est pas la même. À l’aval de la ride, les tourbillons ont largement de l’espace pour se développer et s’élargir dans la zone de recirculation. Par contre, à l’aval de la barkhane ces tourbillons sont coincés dans la face d’avalanche et comme la distance entre la crête de la barkhane et la face d’avalanche n’est pas suffisamment grande et que ces tourbillons sont chargés en particules, les tourbillons formés donc sont de petits tailles.

La dynamique tourbillonnaire créée par l’écoulement contrôle la longueur de la zone de recirculation, cette dynamique est plus importante lors d’un écoulement turbulent. Au final, la présence

de la zone de recirculation suscite un soulèvement de particules de la crête vers le creux, cette zone joue un rôle crucial dans le processus de formation d’une barkhane et aussi de son érosion. Le paradoxe en ce qui concerne la zone de recirculation est que les tourbillons présents dans cette zone arrachent les particules du creux de la barkhane et les entrainent en même temps dans la face d’avalanche. Par un mouvement circulatoire, ces particules vont être piégées dans la face d’avalanche dès la formation de la barkhane. Enfin, toutes les particules entre les deux cornes sont écartées pour en donner la forme en croissant et surtout conserver cette forme dans le temps. Cela dit, la dynamique de la zone de recirculation n’est pas négligeable.

Figure V- 30 a) transport de particules à l’aval d’une barkhane, l’image est prise après 3 seconde de l’initialisation de l’écoulement à l’aval d’une barre de particules (u0 = 0.4 m/s, he = 10 cm), b) écoulement à

l’aval de la ride μ image de visualisation par traceurs solides à l’aval de la ride (u0 = 0.03 m/s)

Le flux de particules diminue à l’aval de la zone de recirculation [Figure V- 30-a]. Les particules piégées dans cette zone, déclenche un processus de déplacement de la barkhane dont la forme est maintenue par la dynamique de l’écoulement. Lorsque la vitesse de l’écoulement est plus importante, la longueur de la zone de recirculation diminue. En effet, le transport par charriage qui représente le transport dominant ici, déplace les particules par roulement au-dessus du dos de la barkhane vers la face d’avalanche. Ainsi à l’équilibre, la barkhane dépend de la zone de recirculation. La création de chaque nouvelle barkhane à l’issue de la perturbation est due à l’érosion au-dessus du dos de la barkhane sous l’influence de la zone de recirculation, donc cette érosion peut s’accentuer lorsque la perturbation initiale devient plus importante. Nous pouvons constater que la majorité des particules érodées sont récupérées au sein de la barkhane, mais il existe une portion de ces particules qui s’érodent complétement au niveau de ses deux cornes. Par conséquent, la croissance de la barkhane est loin d’avoir lieu en tous les cas pour une barkhane isolée car il faut alimenter les cornes et cela se fait par charriage, comme le montre nos expériences. Certes les barkhanes gardent leurs formes en croissant mais elles s’érodent au fur à mesure au niveau de leurs cornes.