Impacts de vagues lors du ballottement de liquide dans une cuve modèle
Cette thèse porte sur le problème du ballottement d'un liquide dans un réservoir, rencontré dans le transport et le stockage du GNL par des structures flottantes. La prédiction des chargements dus au ballotement sur les parois du réservoir est souvent basée sur des études expérimentales à petite échelle.
La modélisation expérimentale à petite échelle respecte la similitude de Froude et le ratio de densité entre le gaz et le liquide. Cependant, d'autres similitudes sont biaisées comme la similitude par rapport au nombre de Weber et la similitude par rapport au nombre de Reynolds. De plus, les pressions enregistrées montrent une grande variabilité quand le même essai est répété.
Différentes sources physiques responsables de cette variabilité sont identifiées, à savoir les instabilités de surface libre, la retombée des gouttes et des jets liquides sur la surface libre, et la production et l'entraînement des bulles dans le liquide.
D'autres mécanismes de dissipation d'énergie sont mis en évidence. Ils sont liés aux frottements aux parois et aux déferlements de vagues. Cette dissipation induit un effet mémoire à courte durée pour l'écoulement, permettant de reproduire pour chaque impact la distribution statistique des pics de pression avec une courte durée des excitations.
Ces sources de variabilité et ces mécanismes de dissipation dépendent de la tension de surface et de la viscosité du liquide. Ainsi, nous étudions dans ce travail ces paramètres physiques. Il est observé que la forme locale de la vague dépend de la tension de surface.
Par contre, les effets sur la forme globale de la vague sont négligeables. Plus la tension de surface diminue, plus les pics de pression sont faibles. Ce qui est dû aux différents phénomènes liés au développement des ligaments, la fragmentation en gouttes et la génération de la mousse sur la crête de la vague, et à l'entraînement des bulles dans le liquide. Quant à la viscosité du liquide, elle affecte à la fois la forme globale et la forme locale de la vague, là encore les pressions sont modifiées.