Contribution à la modélisation de la pulvérisation d'un liquide phytosanitaire en vue de réduire les pollutions

Viticulture is a very pesticides intensive crop (20% of overall French consumption). Therefore, optimizing spraying process is the key to reduce the amount of pesticides applied. Spray application most often consists in the spraying of a liquid mush composed of water, adjuvants and active ingredients. Recent research has shown that droplet size and velocity have a strong influence on the spraying efficiency. The purpose of the present work is to model the atomization process in order to characterize the flow in terms of droplet size and velocity distributions as well as liquid dispersion. These data would be used later as inlet conditions for transport or deposit models. For the numerical prediction of these quantities, an Eulerian model based on studies developed in the automotive industry was used. It assumed atomization as turbulent mixing in a flow with variable density. Dispersion of the liquid in the gas phase was computed by an equation for the mean liquid mass fraction. We calculated the mean size of liquid fragments through the modelling of the mean surface area of the liquid-gas interface per unit of volume. The equation related to the last variable was composed of various terms that took into account the physical phenomena responsible for interface stretching and collapse. Turbulence was modelled using a Reynolds Stress Model. These equations were implemented into the commercial CFD code, Fluent and were applied to an agricultural swirl nozzle. Numerical three-dimensional calculations of the flow inside the nozzle and in the dense spray region were conducted up to 1 cm of the exit. Results concerning the liquid dispersion are in good agreement with experimental shadowgraph images ; they show the same morphological behaviour of the jet : we obtain a hollow conical liquid sheet and the presence of a recirculation area that indicates the formation of an air core is underlined. Moreover, the break-up length and drop sizes calculated are also consistent with experimental results. They show that spray break-up occurs very close to the nozzle exit.La viticulture est une activité très consommatrice de pesticides (20% de la consommation totale française). Par conséquent, il semble capital d'optimiser les procédés de pulvérisation en milieu agricole afin de réduire les quantités de produits appliquées. Les traitements sont la plupart du temps pulvérisés sous forme d'une bouillie liquide composée d'eau et de matières actives, auxquelles sont ajoutées d'autres substances comme les surfactants et les adjuvants afin de faciliter leur emploi et d'améliorer leur efficacité. Des études récentes ont souligné que les tailles et vitesses de gouttes produites en sortie de buses ont un fort impact sur l'efficacité des traitements. En effet, suivant ces caractéristiques, les gouttes sont plus ou moins soumises aux phénomènes d'évaporation, de dérive ou de ruissellement. L'objectif de la présente étude est donc de modéliser l'atomisation des jets de pesticides afin d'obtenir la dispersion liquide, et les caractéristiques du jet. Ces données pourront servir de conditions initiales aux modèles de transport et de dépôt. Pour cela, un modèle Eulérien développé dans le secteur automobile est utilisé. Il suppose l'écoulement turbulent d'un « pseudo-fluide » avec une masse volumique comprise entre celle d'un liquide et celle d'un gaz. La dispersion du liquide dans la phase gazeuse est calculée grâce à l'équation de la fraction massique liquide moyenne. La taille moyenne des fragments liquides produits est quant à elle déterminée au moyen d'une équation pour la surface moyenne de l'interface liquide-gaz par unité de volume, dans laquelle sont pris en compte les phénomènes physiques responsables de la production et destruction de surface. La modélisation de la turbulence est assurée par le modèle aux tensions de Reynolds. Les équations du modèle ont été implémentées dans le code commercial CFD, Fluent et appliquées au cas d'une buse à turbulence agricole. Des calculs numériques tridimensionnels de l'écoulement interne et externe de la buse ont été réalisés jusqu'à une distance d'environ 1cm de la sortie. Les résultats numériques délivrés par le modèle semblent montrer un bon accord avec les photographies des jets obtenues par ombroscopie. Ils indiquent la formation d'une nappe liquide creuse en sortie de buse et la présence de zones de recirculation au sein de l'écoulement, soulignant l'existence d'un coeur d'air. Pour ce qui est des tailles de gouttes, les résultats mettent en évidence la présence d'une couronne de gouttes relativement grosses et, au milieu, de gouttes plus fines, conformément aux expérimentations. Ils soulignent également le fait que la cassure du spray se produit très près de la sortie de la buse