Comprendre le transport des sédiments pour se protéger des effets du changement climatique
Le transport des sédiments dans les fleuves, les estuaires et le long des côtes peut entraîner d'importantes modifications morphologiques qui augmentent la fréquence des inondations et des ondes de tempête. De plus, des changements morphologiques dans les réservoirs et au voisinage des structures artificielles risquent d'endommager les réseaux de fourniture d'eau et d'électricité, et de considérablement aggraver le risque de défaillance structurelle. Ces phénomènes entraînent des pertes économiques, menacent des vies humaines, perturbent le tissu social et endommagent les écosystèmes naturels. Les conséquences sur le transport des sédiments seront également aggravées par le changement climatique. C'est pourquoi il est vital de bien comprendre le transport des sédiments et de former de futurs ingénieurs dans ce domaine. Le projet SEDITRANS (Sediment transport in fluvial, estuarine and coastal environment), financé par l'UE, a formé un réseau européen pour coordonner les activités de recherche et de formation traitant des problèmes posés par le transport des sédiments. Composé de 6 partenaires universitaires et de 4 partenaires industriels, le réseau a assuré un programme complet et interdisciplinaire de formation par la recherche dont ont bénéficié 12 chercheurs débutants et 4 chercheurs expérimentés. Ce programme comportait des ateliers, des écoles d'été et d'hiver, des conférences, la rédaction de lignes directrices et des détachements auprès de partenaires industriels. Les chercheurs se sont consacrés aux écoulements côtiers et fluviaux, ainsi qu'à la sédimentation des réservoirs et aux interactions avec les structures artificielles. «L'objectif était d'approfondir nos connaissances sur les mécanismes de transport des sédiments et leurs relations avec l'hydrodynamique des écoulements, afin de mieux comprendre et prévoir l'évolution de la morphologie des fleuves, des estuaires et des côtes», déclare le professeur Athanassios Dimas, coordinateur du projet. De meilleurs modèles développés grâce à des partenariats Les partenaires du projet ont développé des algorithmes pour modéliser le transport des sédiments dans les écoulements fluviaux et côtiers ainsi que pour les courants de turbidité ou de débris à l'intérieur des terres ou au large. Ils ont créé des modèles selon trois trajectoires, en commençant par un modèle de continuum à deux phases et un modèle de mouvement particulaire résolu pour le transport des sédiments du lit. Le transport des sédiments en suspension a été modélisé en utilisant des modèles couplés sophistiqués d'écoulement de fluide / transport de sédiments, qui ont appliqué une approche par simulation de grands tourbillons pour la fermeture de turbulence. Enfin, une modélisation en deux couches des écoulements à canal ouvert ou des courants de gravité a été couplée au transport des sédiments et à la morphodynamique des lits. «La modélisation était basée sur des méthodes numériques avancées, comme la méthode des frontières immergées pour l'imposition de conditions aux limites sur des géométries complexes, ou l'utilisation de calcul en parallèle», explique le Pr Dimas. Les chercheurs ont également mené des expériences relatives au transport des sédiments en environnement fluvial et côtier, ainsi qu'aux courants sous-jacents chargés en sédiments dans les réservoirs et les canyons sous-marins. En combinaison avec l'informatique à haute performance, ces expériences ont été explorées conjointement dans des applications réelles d'ingénierie par des partenaires universitaires et industriels. Des outils précis de prévision qui bénéficient à la société Les résultats ont été intégrés dans des outils de prévision de la morphologie utilisés par des praticiens bien formés dans le domaine de l'ingénierie. Les résultats des expériences sur le terrain ont également permis de réaliser des avancées cruciales dans les modèles conceptuels sur lesquels se basent les outils de simulation. Selon le professeur Dimas, les ingénieurs bénéficieront directement des nouveaux modèles et des données expérimentales. «Du fait du changement climatique, la fréquence et l'ampleur des catastrophes associées ou dues à un dynamisme morphologique excessif vont probablement augmenter», commente-t-il. «C'est pourquoi les outils de prévision mis au point par le projet et destinés aux planificateurs auront des conséquences très positives sur la société.» SEDITRANS a soutenu la coordination d'activités de recherche et d'éducation sur le transport des sédiments à un niveau européen, ce qui a permis d'améliorer la compétitivité de l'Europe dans ces importants domaines techniques et scientifiques. Le Pr Dimas conclut: «L'accent mis sur les modèles numériques et les données expérimentales fera progresser la recherche et l'ingénierie dans le domaine du transport des sédiments, afin de traiter les problèmes à grande échelle relatifs à la planification et à la protection contre les inondations et l'érosion.»
Mots‑clés
SEDITRANS, transport des sédiments, fleuve, changement climatique, côtier, estuarien, hydrodynamique, algorithmes