Application du concept de porosité pour la modélisation d’écoulements en milieu urbain

Les travaux précédents ont confirmés que les modèles de porosité en eaux peu profondes peuvent être efficaces pour simuler des écoulements en milieu urbain. Ce modèle améliore considérablement les temps de calcul en comparaison avec les modèles détaillés. Mais certains effets dus aux obstacles et aux vortex étaient laissés non-quantifiés et les erreurs qui en découlent étaient significatives. Erreurs qui conduisent au fait que les résultats de simulation ne correspondaient pas aux résultats expérimentaux. Grâce aux expériences, le comportement réel peut être analysé, et quelques différences ont été mises en évidence. - La première rangée de bâtiments induit une chute de porosité du milieu. - L'angle entre la direction du flux et les axes principaux des rues génère des pertes de charge dues aux vortex. Appliquer une matrice de rotation n'est pas suffisant. Le but principal de ce travail est d'approcher toutes ces incertitudes pour créer un modèle à porosité robuste. Deux voies ont été empruntées pour atteindre ce but. D'abord, le champ de porosité doit être trouvé pour traduire au mieux le comportement à travers les rues. Ensuite, l'augmentation de pertes de charge aux carrefours due aux redistributions est caractérisée par un tenseur de traînée relié à des propriétés géométriques de la ville. Le fil conducteur de nos recherches est défini par ces questions à propos du comportement de l'écoulement: - Comment permettre au modèle de rendre fidèlement les hauteurs d’eau enregistrées expérimentalement ? - Comment laisser transparaître l’effet directionnel imposé par les axes des rues de la ville ? - Comment traduire une direction préférentielle liée à l’anisotropie éventuelle du réseau ? - Comment exprimer les pertes de charge singulières dues à la redistribution du flux à chaque carrefour ? Previous works had confirmed that porosity-based shallow water models can be powerful to simulate flow through urban media. It enhances considerably time-calculations in comparison with detailed models. But some effects due to obstacles and vortices were let unquantified and errors were significant. Errors which lead to the fact that simulation results didn’t fit with experimental ones [Velickovic, 2012]. Thanks to experiences, real behaviour can be analyzed. And some difference have been highlighted. — The first buildings row locally induces a medium porosity drop. — The angle between flow direction and main street axes generates head losses due to eddies. Applying a rotation matrice is not enough. The main goal of this paper is to approach all these uncertainties to make the porosity-based model robust. Two ways will be taken to achieve it. First, porosity field has to be found to transcribe flow behaviour across streets. Afterwards, the raise of head losses at crossroads due to redistribution is characterized by a drag tensor related to geometrical properties. The guideline followed is defined by these questions about flow behaviour : — How can the model accurately generate experimentally recorded water levels ? — How can the directional effect imposed by the streets of the city be revealed ? — How can a preferential direction related to the possible anisotropy of the network be translated ? — How to express singular head losses due to the redistribution of the flux at crossroads ?