Note on dust trapping in inviscid vortex pairs with unequal strengths

We investigate theoretically the motion of tiny heavy passive particles transported in a plane inviscid flow consisting of two point vortices, in order to understand particle dispersion and trapping during vortex interaction. In spite of their large density, particles are not necessarily centrifugated away from vortices. It is observed that they can have various equilibrium positions in the reference frame rotating with the vortices, provided the particle response time and the vortex strength ratio lie in appropriate ranges. A stability analysis reveals that some of these points can be asymptotically stable, and can therefore trap particles released in their basin of attraction. A complete trapping diagram is derived, showing that any vortex pair can potentially become a dust trap, provided the vortex strength ratio is different from 0 (single vortex) and -1 (translating symmetrical vortices). Trapping exists for both co-rotating or contra-rotating vortex pairs. In the latter case, particle trapping on a limit cycle is also observed, and confirmed by using Sapsis and Haller's method [Chaos, 20, 017515, 2010] generalized to non-inertial reference frames

Biofilms in porous media: development of macroscopic transport equations via volume averaging with closure for local mass equilibrium conditions

In this work, we upscale a pore-scale description of mass transport in a porous medium containing biofilm to develop the relevant Darcy-scale equations. We begin with the pore-scale descriptions of mass transport, interphase mass transfer, and biologically-mediated reactions; these processes are then upscaled using the method of volume averaging to obtain the macroscale mass balance equations. We focus on the case of local mass equilibrium conditions where the averaged concentrations in the fluid and biological phases can be assumed to be proportional and for which a one-equation macroscopic model may be developed. We predict the effective dispersion tensor by a closure scheme that is solved for the cases of both simple and complex unit cells. The domain of validity of the approach is clearly identified, both theoretically and numerically, and unitless groupings indicating the domain of validity are reported

Transport et accumulation de particules inertielles dans une fracture de rugosité périodique

Nous étudions asymptotiquement le transport de particules inertielles, non-browniennes et à faible nombre de Stokes, dans une fracture plane à parois lisses de rugosité périodique. Nous montrons que dans le cas général les particules s'accumulent sur un attracteur voisin d'une ligne de courant dont l'équation peut être déterminée analytiquement, par la méthode de Sapsis et Haller (2010). Cet attracteur persiste en présence de gravité transverse, de sorte que les particules peuvent être transportées sur de longues distances sans être déposées sur les parois

Etude de la migration du trichloréthylène dans une colonne de sable : comparaison entre des résultats numériques et expérimentaux

Les solvants chlorés et les hydrocarbures, couramment utilisés dans les activités industrielles, agricoles, militaires ou domestiques, constituent des risques de pollution, à court et long termes, majeurs pour les sols et les eaux souterraines. Le comportement des solvants chlorés dans les sols dépend à la fois des propriétés physiques et chimiques des polluants mais également de celles du milieu poreux considéré (saturation en eau, teneur en matière organique...). La réactivité d'un polluant varie en fonction de la phase - liquide organique, dissoute ou volatile - et de l'état - libre, piégé ou adsorbé - dans lequel il se trouve dans son environnement. Malgré les nombreuses études réalisées sur ces phénomènes, seules quelques unes se sont focalisées sur le comportement de ces polluants dans la zone non saturée et sur l'évolution de leurs concentrations, quelle que soit leur forme, au cours de l'écoulement. Ainsi, nous nous sommes intéressés à la migration d'un solvant chloré (le Trichloroéthylène) dans un milieu poreux homogène à saturation en eau variable. Suite à des simulations numériques avec un code de calcul (SIMUSCOPP), nous avons mis au point et réalisé un dispositif expérimental en 2 dimensions permettant de suivre la migration d'un polluant dans un milieu poreux homogène à différentes saturations en eau. Les objectifs de cet article sont de : (i) analyser les expériences de caractérisation des milieux poreux utilisés, (ii) présenter le dispositif expérimental et le protocole associé et (iii) comparer les résultats numériques et expérimentaux

New Role of Thermal Mapping in Winter Maintenance with Principal Components Analysis

Thermal mapping uses IR thermometry to measure road pavement temperature at a high resolution to identify and to map sections of the road network prone to ice occurrence. However, measurements are time-consuming and ultimately only provide a snapshot of road conditions at the time of the survey. As such, there is a need for surveys to be restricted to a series of specific climatic conditions during winter. Typically, five to six surveys are used, but it is questionable whether the full range of atmospheric conditions is adequately covered. This work investigates the role of statistics in adding value to thermal mapping data. Principal components analysis is used to interpolate between individual thermal mapping surveys to build a thermal map (or even a road surface temperature forecast), for a wider range of climatic conditions than that permitted by traditional surveys. The results indicate that when this approach is used, fewer thermal mapping surveys are actually required. Furthermore, comparisons with numerical models indicate that this approach could yield a suitable verification method for the spatial component of road weather forecasts—a key issue currently in winter road maintenance

Approche méthodologique de la modélisation du transport des HAP dans les sols et les eaux

Afin de préciser le cadre d'utilisation de codes de transport de polluants dans les sols et les eaux, un programme d'intercomparaison de méthodes et de codes a été mis en oeuvre avec la collaboration de huit équipes appartenant à des instituts de recherche ou des bureaux d'études. Parmi les types de polluants étudiés, les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) ont fait l'objet de simulations par deux groupes de travail. Le premier groupe, composé de cinq équipes, s'est intéressé à leur comportement en phase dissoute à partir d'un cas réel de pollution. Disposant des mêmes données d'étude, chaque équipe avait pour mission de concevoir un modèle conceptuel (description géologique, définition de la source, paramètres d'écoulement et de transport) et de simuler la pollution de la nappe avec le code de son choix. Les résultats obtenus montrent des différences significatives qui trouvent leur explication dans les paramètres des modèles conceptuels adoptés plus que dans les simulateurs choisis. Cet exercice a confirmé l'importance des paramètres suivants qui sont souvent incertains mais justifieraient d'être mieux appréciés lors de diagnostics : paramètres hydrodynamiques (détermination du champ de vitesse), coefficient de partition (pour chaque horizon géologique), temps de demi-vie du ou des polluants, extension de la source de pollution. Le second groupe a étudié les écoulements en phase libre (phase liquide non aqueuse) sur un cas théorique inspiré d'un cas réel de déversement massif de naphtalène. La modélisation a été conduite par trois équipes avec trois codes polyphasiques différents (SIMUSCOPP, TOUGH/T2VOC, UTCHEM). Cet exercice comprend le suivi du déversement et de la migration du naphtalène sous formes liquide et dissoute sur une distance de 300 m et une durée de 10 ans. Le naphtalène révèle un comportement d'hydrocarbure " lourd " avec une phase huile (partiellement miscible) qui tend à descendre à travers la nappe. Ce comportement a été reproduit par chacune des équipes, de manière plus ou moins complète en fonction des possibilités de modélisation offertes par les codes. Les résultats obtenus permettent de vérifier la cohérence des différentes approches polyphasiques entre elles. Bien que plus complexe (paramètres plus nombreux, difficulté numérique accrue), l'approche polyphasique se justifie pour mieux comprendre et déterminer la répartition spatiale de HAP en profondeur dans une nappe

Ecoulements diphasiques en milieux poreux (modèle de ménisque)

NANCY-INPL-Bib. électronique (545479901) / SudocSudocFranceF

Transport d'une solution saline en cellule de Hele-Shaw (expériences et simulations numériques)

NANCY/VANDOEUVRE-INPL (545472102) / SudocSudocFranceF

Modélisation de la production de lixiviat en centre de stockage de déchets ménagers

La prévision des volumes de lixiviat produits par les casiers de stockage de déchets ménagers (CSD) constitue un enjeu important dans la gestion à court terme et à long terme d'un CSD (dimensionnement, gestion du risque pour l'environnement, gestion du coût financier). Nous nous sommes intéressés au bilan hydrique à l'échelle d'un casier de stockage de déchets ménagers pour tenter de quantifier les flux d'eau entre le casier et l'extérieur (pluviométrie, ruissellement et évaporation) et à l'intérieur des déchets. Un casier de décharge a été instrumenté pour suivre l'évolution des termes du bilan hydrique. Cette étude a pour intérêt de présenter une approche relativement complète du cycle de l'eau et d'utiliser la technologie TDR dans les déchets. Les températures ont aussi été mesurées afin d'étudier leur impact sur les écoulements. Cette approche expérimentale a fourni des résultats originaux concernant le comportement thermique des déchets et des gradients de température observés. L'instrumentation en place a permis une quantification de l'infiltration à travers la couverture. Malgré les difficultés de comportement de certaines sondes, plusieurs capteurs TDR ont permis un bon suivi qualitatif des variations de teneur en eau en fond de casier. Une approche, pour calculer l'évaporation des déchets en contact avec l'atmosphère, a été proposée. Une modélisation des transferts couplés d'humidité et de chaleur au sein des centres de stockage de déchets ménagers a donc été développée. Le comportement du modèle thermique s'est révélé très satisfaisant par rapport aux mesures sur site. Le modèle couplé, quant à lui, a permis de reproduire avec fidélité les variations de stock en eau dans la couverture ainsi que la hauteur de lixiviat en fond de puits. L'analyse du modèle a montré l'influence des températures avec notamment l'apparition de barrières thermiques ralentissant le transfert de l'eau vers le fond.NANCY-INPL-Bib. électronique (545479901) / SudocSudocFranceF

Modélisation de la production de lixiviat en centre de stockage de déchets ménagers

La prévision des volumes de lixiviat produits par les casiers de stockage de déchets ménagers (CSD) constitue un enjeu important dans la gestion à court terme et à long terme d'un CSD (dimensionnement, gestion du risque pour l'environnement, gestion du coût financier). Nous nous sommes intéressés au bilan hydrique à l'échelle d'un casier de stockage de déchets ménagers pour tenter de quantifier les flux d'eau entre le casier et l'extérieur (pluviométrie, ruissellement et évaporation) et à l'intérieur des déchets. Un casier de décharge a été instrumenté pour suivre l'évolution des termes du bilan hydrique. Cette étude a pour intérêt de présenter une approche relativement complète du cycle de l'eau et d'utiliser la technologie TDR dans les déchets. Les températures ont aussi été mesurées afin d'étudier leur impact sur les écoulements. Cette approche expérimentale a fourni des résultats originaux concernant le comportement thermique des déchets et des gradients de température observés. L'instrumentation en place a permis une quantification de l'infiltration à travers la couverture. Malgré les difficultés de comportement de certaines sondes, plusieurs capteurs TDR ont permis un bon suivi qualitatif des variations de teneur en eau en fond de casier. Une approche, pour calculer l'évaporation des déchets en contact avec l'atmosphère, a été proposée. Une modélisation des transferts couplés d'humidité et de chaleur au sein des centres de stockage de déchets ménagers a donc été développée. Le comportement du modèle thermique s'est révélé très satisfaisant par rapport aux mesures sur site. Le modèle couplé, quant à lui, a permis de reproduire avec fidélité les variations de stock en eau dans la couverture ainsi que la hauteur de lixiviat en fond de puits. L'analyse du modèle a montré l'influence des températures avec notamment l'apparition de barrières thermiques ralentissant le transfert de l'eau vers le fond.NANCY-INPL-Bib. électronique (545479901) / SudocSudocFranceF