Figure

Objet

L'objectif de cette étude est de modéliser le processus de resuspension des particules biotiques (spores, pollen) d'une surface (biologique ou artificielle) en prenant en compte les interactions entre l'écoulement turbulent, les particules et la surface. La validation de ce modèle sera réalisée par des mesures expérimentales.

Description

Le principal paramètre qui caractérise la resuspension est le taux de resuspension (nombre des particules arrachées par unité de surface et de temps). La modélisation de ce processus a évolué à partir des modèles empiriques basés sur des observations vers des modèles basés sur l'équilibre des forces sur une particule et des modèles basés sur le transfert d'énergie de l'écoulement vers la particule et la surface [1]. Le principal désavantage de ces modèles est de considérer un écoulement extérieur moyen. Les techniques expérimentales employées pour mesurer le taux de resuspension restent lourdes (comptage sous microscope) et l'accès aux échelles de temps caractérisant le processus de resuspension (< 1s) difficile. Les particules biotiques ont une taille d'environ 30 m et de ce fait elles se trouvent dans la sous-couche laminaire de la couche limite turbulente créée au-dessus de la surface. Nous nous proposons de modéliser le mécanisme de resuspension par l'interaction entre un tourbillon et la sous-couche laminaire [2]. Le dispositif expérimental est présenté sur la Fig. 1.

Résultats et perspectives

Les profils de vitesse dans la couche limite turbulente sont mesurés par anémomètre à fil chaud et vélocimétrie laser à effet Doppler. La force d'adhésion entre les particules et la surface a été estimée par centrifugation et elle suit une distribution log-normale. Nous avons développé une méthode optique de mesure de concentration de surface des particules basée sur l'analyse d'image [3]. Une nappe laser illumine les particules et les images des particules sont enregistrées durant le processus de resuspension par une camera CCD standard (484*786 pixels). Par un post traitement basé sur l'analyse des histogrammes des niveaux de gris (nvg) les images sont ensuite binarisées (''1'' pour les particules et ''0'' pour le fluide) et échantillonnées en sous-fenêtres de taille NxN. Le principe de la mesure est basé sur une opération de comptage. La concentration de surface Cs pour chaque sous-fenêtre est définie comme la proportion de la surface de l'image occupée par les particules (Cs=Nt/NxN), N_t étant le nombre de pixels allumés (nvg=1). En tenant compte de la taille des particules et de l'épaisseur de la nappe laser une relation linéaire entre la concentration volumique et la concentration de surface peut être déduite. Pour tester et valider les programmes de calcul réalisés (Fortran 77) des images de synthèse de différentes concentrations ont été générées (Fig. 2). Des comparaisons entre les résultats numériques et les résultats expérimentaux sont en cours.

Références

[1] A. Rambert, L. Huber, P. Gougat : <<Particle resuspension by wind: a review >>. Soumis à Agricultural and Forest Meteorology.
[2] Pellerin, S. : <<Interaction d'une structure tourbillonnaire avec une couche limite de plaque plane>>. Thèse de l'Université P. Sabatier, Toulouse, 1997.
[3] Kheyar N. : <<Etude d'écoulements par méthode PIV>>. Thèse de l'Université Paris XI, 1997.

* Unité de Bioclimatologie, INRA Thivernal-Grignon

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