Wind tunnel studies of saltation transport in a turbulent boundary layer

This thesis deals with the problem of the aeolian sand transport and focuses on the experimental characterization of saltation transport in a turbulent boundary layer. The measurements were conducted in a wind tunnel by means of particle tracking technique. We studied the wind-blown sand transport in two different configurations: over an erodible bed and over a rigid and bumpy bed. Our results showed that over an erodible bed, particle transport is confined in a thin layer near the ground. The thickness of this layer and the particle velocity is surprisingly independent of the wind strength. These results suggest that the collision of the particles with the bed governs the main characteristics of the saltation layer. These characteristics have been confirmed for different grain sizes ranging from 200 to 600 microns. Finally, we show and explain why the transport flow rate varies quadratically with the friction velocity, in contradiction with the cubic law of Bagnold. Over a rigid and bumpy surface, our measurements showed that the transport dynamics is drastically different. The saltation layer over rigid bed is much thicker than over erodible one (100 mm and more against 10 mm) and its characteristics (thickness, particle velocities...) are strongly dependent on the flow strength. Moreover, the efficiency of transport is markedly larger on rigid bed and the maximum transport capacity follows a cubic law with the friction velocity. The latter results emphasize the crucial role of the boundary conditions at the bed on the dynamics of the saltation transport.Cette thèse, qui s'inscrit dans la problématique du transport éolien du sable, a porté sur la caractérisation expérimentale du transport de particules en saltation dans une couche limite turbulente. Les mesures ont été effectuées dans une soufflerie. Nous avons étudié deux configurations différentes de transport: l'une sur un sol érodible et l'autre sur un sol rigide. Nos résultats ont montré que sur un sol érodible, le transport particulaire se trouve confiné dans une couche près du sol. L'extension verticale de cette couche ainsi que la vitesse des particules est de façon surprenante indépendante de la force de l'écoulement. Ces résultats suggèrent que c'est le phénomène de collision des particules avec le sol qui gouverne les principales caractéristiques de la couche en saltation. Ces caractéristiques ont été confirmées pour différentes tailles de grains sur une gamme allant de 200 à 600 microns. Enfin, nous montrons et expliquons pourquoi le flux varie quadratiquement avec la vitesse de frottement, en contradiction avec la loi cubique de Bagnold. Sur sol rigide, nos mesures montrent une dynamique de transport radicalement différente. La couche de saltation sur sol rigide est beaucoup plus épaisse que sur sol érodible (100 mm et plus contre 10mm) et ses caractéristiques (épaisseur, vitesse des particules ...) sont très dépendantes de la vitesse de l'écoulement. Par ailleurs, l'efficacité du transport est nettement supérieure sur sol rigide et la capacité maximale de transport suit une loi cubique avec la vitesse de frottement. Ces derniers résultats soulignent le rôle primordial des conditions aux limites au sol sur la dynamique de transport par saltation.RENNES1-BU Sciences Philo (352382102) / SudocSudocFranceF