Academic literature on the topic 'Érosion éolienne'

La pointe Nord-est de la plaque arabique et plus précisément le Sultanat d’Oman s’avère être un territoire d’exception pour comprendre les questions géologiques et géomorphologiques qui se posent aux scientifiques. Que ce soient les problèmes de la tectonique des plaques, des orogenèses (lithologie, structure, tectonique) ou des morphologies de surface (érosion fluviale, éolienne, littorale, karstogenèse, etc.) les parcours dans les montagnes d’Oman, ses canyons ou ses déserts se révèlent très instructifs. Parmi les intérêts principaux on soulignera la présence du plus vaste plancher océanique exondé au monde (site de Sémail), l’incision en canyons des terrains soulevés, un important karst méconnu et des déserts exceptionnels. Ces circonstances particulières ont également fait d’Oman un lieu de gisement miniers de métaux rares et hydrocarbures à la base d’une occupation humaine très ancienne et, avec le tourisme, de sa richesse actuelle.

l’amélioration de la durée de vie des pales éoliennes opérant dans une région aride au-delà de sa durée de vie habituelle de 20 ou 25 ans oblige leur propriétaire à augmenter le nombre des inspections dans le cadre de la maintenance préventive sachant que les coûts de maintenance et d’arrêt d’une d’éolienne ont un impact direct sur la production totale et peuvent représenter jusqu’à 25% de l’énergie produite. Sachant que dans une région poussiéreuse, les pales sont soumises à une usure érosive qui contribue à la modification de la forme aérodynamique du bord d’attaque et réduit ainsi les performances de l’éolienne. Ce papier décrive et propose une nouvelle méthode de maintenance CBM pour améliorer la durée de vie d’une pale éolienne. Les résultats expérimentaux montrent que l’utilisation de cette méthode est très efficace pour détecter toute dégradation provoquée par l’usure érosive à la surface d’une pale pendant son service.

De nombreuses observations stratigraphiques et paléoenvironnementales recueillies dans les fonds de vallées du nord de la France, en particulier en contexte d’archéologie préventive, autorisent une synthèse sur le bassin français de l’Escaut. Des enregistrements sédimentaires sont recensés au moins depuis le Saalien sous forme de nappes graveleuses, de dépôts de l’Eemien ou du Début Glaciaire weichselien à faible profondeur, d’emboîtements de nappes alluviales profondes dans la terminaison française de la « vallée flamande ». La bonne représentation des deux derniers cycles contraste avec le faible enregistrement des périodes précédentes du Pléistocène. Le fait peut être expliqué par un bilan tectonique quaternaire proche de la neutralité et par une accélération de la morphogenèse de la vallée flamande depuis la fin du Saalien. Le système morpho-sédimentaire du bas pays est marqué par l’héritage prépondérant de la fin du Pléniglaciaire supérieur weichselien. Après une phase hydrologique extensive et érosive, le réseau se contracte vers 22 000 ans et un dépôt fluvio-éolien, voire purement éolien (dunes, mais surtout épandage loessique) exhausse les fonds de vallée. Le réseau hydrographique du Tardiglaciaire et de l’Holocène s’inscrit dans cet héritage morphologique. Des enregistrements sédimentaires variés permettent de préciser l’évolution paléoclimatique au Tardiglaciaire et de mettre en évidence des crises hydrologiques intra-holocènes.

Différentes contraintes d'ordre environnementales, économiques et réglementaires motivent les efforts actuels pour comprendre et mieux quantifier l'érosion éolienne. La particularité majeure de cette source de pollution atmosphérique porte sur son caractère diffus qui impose, contrairement aux émissions canalisées, le recours à des méthodes de quantification basées sur des modèles. Dans ces derniers, certains aspects n'ont pas été pleinement appréhendés, notamment l'influence sur l'érosion de la large répartition granulométrique des matériaux granulaires. En outre, l’exposition éolienne des tas de stockage sur sites industriels, et par suite les émissions provenant de cette source, sont tributaires de nombreux paramètres, tels que la géométrie et la disposition des tas ainsi que les conditions de l'écoulement, d'où la nécessité d'étudier finement les variations des caractéristiques de l'écoulement autour des tas avec la modification de ces paramètres. L’objectif de ce travail est d’améliorer la précision des modèles de quantification des émissions diffuses, en créant des bases de données précises et détaillées. Des simulations numériques ont été mises au point et validées, visant à étudier l'écoulement autour de géométries de tas tridimensionnelles, en faisant varier les configurations et les conditions de vent. Une seconde approche, locale, a été mise en œuvre et consiste à caractériser l'écoulement en étudiant notamment l'évolution de la vitesse de frottement à la paroi en présence d'éléments non-érodibles pour différentes configurations et densités de rugosités. Les données serviront à améliorer la précision, la performance ainsi que le domaine d'application des modèles de quantification
The environmental impacts as well as the economical problems and regulation constraints related to wind erosion motivate current efforts to model and quantify erosion. The nature of the underlying processes makes quantification of fugitive dust emissions a very demanding exercise that is still subject to active research. Certain aspects were not fully apprehended, others require further development. These include the influence of the wide size distribution of granular materials and the sensitivity of the stockpiles’ wind exposure on industrial sites to various parameters, such as the geometry of the pile and its location as well as the wind conditions. The objective of this work is to improve the accuracy of fugitive dust emissions estimations, by creating precise and detailed databases for existing models. Three-dimensional numerical simulations were developed and validated in order to investigate the sensitivity of the mean flow structure to varying stockpile geometries and wind conditions. A second local approach was also applied, which aims to study flow characteristics and the evolution of the friction velocity at the wall in the presence of non-erodible elements for various configurations and roughness densities. The numerical data can be used in order to improve the current models’ accuracy and performance

L'objectif de cette recherche est d'améliorer la précision de la quantification des émissions diffuses de poussières provoquées par l'érosion éolienne des tas de minerais et charbon sur les sites sidérurgiques. Seules quelques études expérimentales récentes ont été menées sur des matériaux ayant une répartition granulométrique large. Elles ont montré que la présence de particules relativement grosses à la surface du lit entraînait une décroissance temporelle du flux massique envolé. Au cours de la présente étude, un modèle stochastique d'érosion éolienne, prenant en compte les répartitions granulométriques larges, a été développé. Il repose sur le lien étroit entre l'envol de particules et les structures tourbillonnaires pariétales. Il permet de prédire une décroissance temporelle du flux massique émis à partir d'un lit de particules soumis à un écoulement turbulent. La rapidité de décroissance dépend de la vitesse de l'écoulement et des caractéristiques des particules
This research deals with diffuse dust emissions on steelwork sites. It aims to estimate more accurately dust emissions due to wind erosion of exposed aggregate storage piles. Previous studies have shown the importance of the surface material's characteristics on aerodynamic entrainment. Only few recent experimental investigations focused on multiple grain-sized bed. They show that coarser particles at the bed's surface induces a temporal decrease in the emitted mass flux. In the present study, a stochastic wind erosion model, which takes into account a wide size distribution of materials, has been developed. It is based on the interaction between particles take-off and turbulent coherent structures. It allows to predict a temporal decrease in emitted mass flux from a multiple grain-size bed exposed to a turbulent flow. The rate of this decrease depends on the flow velocity and the characteristics of the particles. Numerical results were compared to experimental datas for adjustments

L’objectif de cette thèse est l’étude des caractéristiques d’émission des aérosols terrigènes ou poussières minérales avec les conditions aérodynamiques en zone source. Ces particules de poussière sont produites par érosion mécanique des sols sous l’action du vent dans les environnements désertiques et semi-désertiques. Ils sont un vecteur important de nutriments (N, P, Fer..) entre les écosystèmes terrestres et marins et influencent le bilan climatique global de par leur aptitude à diffuser et/ou absorber les rayonnements solaires et telluriques lorsqu’ils sont en suspension dans l’atmosphère. Ce travail s’est déroulé en deux étapes avec dans un premier temps des mesures expérimentales en conditions naturelles dans un champ de mil au Niger lors de deux campagnes du programme de l’Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine (AMMA) en été 2006 et 2007. Dans un second temps ces mesures ont été confrontées au modèle de production de poussière minérale le DPM (Dust Production Model) développé au LISA à partir de considérations théoriques et d’études en soufflerie. Durant les deux campagnes de mesures, trois événements érosifs dont deux modérés de type ‘mousson’ et un très énergique de type système convectif, contraints au maximum ont pu être étudiés de manière détaillée. Les mesures expérimentales confirment d’une part que le sandblasting est bien le moteur de la génération des aérosols terrigènes. Et, d’autre part comme cela avait été montré par les études en soufflerie, les flux d’émission d’aérosols terrigènes sont enrichis en particules de plus en plus fines lorsque la contrainte exercée par le vent au niveau du sol augmente. Nos résultats expérimentaux ont par la suite été comparés aux prédictions du DPM qui reproduit d’une manière plutôt satisfaisante les flux totaux en masse à condition de réduire les énergies de cohésions, déduites des mesures en soufflerie, et liant les particules fines entre elles. En revanche, lorsqu’on regarde les flux résolu en tailles, le modèle a tendance à surestimer les populations de particules les plus grossières. Ceci a nécessité de développer une nouvelle paramétrisation des flux d’émission avec les conditions aérodynamiques. Cette dernière a été testée avec satisfaction sur un événement d’érosion indépendant de ceux utilisés pour établir la paramétrisation
The aim of this work is to link quantitatively the characteristics (intensity and sizedistribution) of the flux of fine mineral particles produced by wind-erosion in a Sahelian zone with the aerodynamic conditions prevailing during the erosion events. Achieving this goal is a prerequisite for quantifying accurately 1) the transfer of soil nutrients (N, P, Fe…) from the source areas to the deposition zones located downwind, and 2) the impact on climate of air-suspended mineral particles which are able to scatter and absorb solar and terrestrial radiation. An important part of this work has been dedicated to the collection of experimental data during the 2006 and 2007 summer campaigns of the « Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine » (AMMA) experiment. Measurements were carried out at Banizoumbou (60km east of Niamey, Niger) on a sandy agricultural field representative of the Sahelian wind erodible surfaces. After describing the original experimental set-up and associated methodology, a complete study of all the types of events monitored during the field campaigns is made. Very few transport cases accompanied by significant deposition were observed (only two over the whole measuring period), but many erosion cases were recorded. The latter could result either from the temporal strengthening of the south western monsoon winds prevailing in this season (‘monsoon events’) or to the passage of convective systems accompanied by strong surface winds and often followed by rain (‘convective events’). After rigorous cross examination of the quality of the data set 2 events of the monsoon type and one of the convective type are retained for the rest of the study. In good agreement with previous wind tunnel experiments, comparing the size distributions measured during the events confirms that the emission flux is richer in very fine particles during the energetic convective event than during the less violent monsoon ones. Then, these results are compared with the predictions of the Dust Production Model (DPM) based on the previous wind-tunnel studies. It is found that the DPM is able to simulate correctly the intensity of the emission mass flux provided adequate values are selected for the binding energies of the fine particle populations identified in the laboratory experiments. However, a more detailed analysis of the size-resolved fluxes reveals that the DPM tends to overestimate the production of particles larger than 10µm and underestimate the flux of particles with sizes between 2 and 8µm. This leads us to propose a new parameterization based on a detailed study of the 3 events selected previously. This parameterization allows prediction of the changes in emission flux intensity and sizedistribution with aerodynamic conditions. In a final step, the parameterization is tested successfully on an independent erosion event

L'objectif de ce travail est de proposer une parametrisation, applicable a grande echelle, du processus de sandblasting qui conduit a la liberation d'aerosol mineral depuis les sols arides lorsque ceux-ci sont mobilises par l'action du vent. Elle doit permettre de calculer les flux massiques et les distribution granulometriques des aerosols mineraux emis depuis un sol donne dans des conditions aerodynamiques connues. Ces grandeurs sont indispensables a la modelisation du transport des aerosols mineraux a l'echelle globale et a la quantification de leur impact climatique. Notre strategie consiste a simuler la production d'aerosol en soufflerie ou les parametres aerodynamiques et pedologiques peuvent etre parfaitement maitrises. Il apparait que pour tous les sols utilises, l'aerosol peut etre considere comme un melange de trois populations de particules a distributions lognormales dont les parametres sont fixes. Seules les proportions du melange dependent de la vitesse de friction de l'ecoulement. Une theorie reposant sur un schema de partition de l'energie cinetique individuelle des agregats entre les energies de cohesion des trois populations constituant l'aerosol est alors proposee. Le modele qui en decoule permet de rendre compte de toutes les observations experimentales effectuees en soufflerie. Il permet non seulement de prevoir l'evolution de la distribution granulometrique des aerosols, mais aussi celle de l'efficacite du sandblasting (definie comme le rapport du flux vertical d'aerosol au flux horizontal de saltation qui lui a donne naissance) en fonction 1- des caracteristiques granulometriques des sols, et 2- de la vitesse de friction de l'ecoulement. Les resultats de ces previsions sont en bon accord, qualitatif et quantitatif, avec la grande majorite des resultats de terrain publies a ce jour. Finalement, en quantifiant l'intensite des emissions d'aerosols mineraux et en precisant leur distribution granulometrique, le modele ameliore le module source utilise dans les simulations du cycle des aerosols desertiques. Cela devrait autoriser une meilleure representation de leur transport, une quantification plus precise de leurs effets radiatifs et, par voie de consequence, une meilleure prise en compte des interactions entre les emissions d'aerosols mineraux et le climat.

L'objectif du travail présenté est de modéliser le cycle atmosphérique émission-transport-dépôt de l'aérosol désertique afin d'étudier son impact radiatif et de mettre en évidence l'effet qui peut en résulter sur la dynamique de l'atmosphère. On utilise pour cela un modèle méso-échelle, le RAMS, après l'avoir amplement aménagé, de sorte qu'il soit utilisable pour modéliser le cycle des aérosols désertiques pendant un événement couvrant une région (partie du Sahara et de l'océan Atlantique) de 15 millions de km² durant plusieurs jours. L'aménagement du modèle comporte (i) un module décrivant la physique des soulèvements, incluant une cartographie des états de sol de la moitié Ouest du Sahara, (ii) une procédure décrivant le dépôt sec des particules par gravité, ce qui entraîne l'évolution de la granulométrie au cours du temps et (iii) un code radiatif détaillé permettant la prise en compte de l'aérosol. La détermination des caractéristiques optiques de l'aérosol désertique en fonction de sa granulométrie et de son indice complexe est réalisée pour alimenter le programme de calcul. Les résultats des simulations sont comparés avec les données d'observations disponibles (satellite, mesures photométriques sol, mesures météorologiques) et sont en général en bon accord avec ces dernières. Nous avons montré l'importance de la détermination des vents à la surface des zones d'émission ainsi que de la bonne description des reliefs et de la rugosité des surfaces, pour la qualité de cet accord. L'évaluation de l'impact radiatif de l'aérosol désertique est réalisée par comparaison des bilans radiatifs de l'atmosphère avec et sans aérosol. La même démarche est utilisée pour l'étude de la rétroaction entre la dynamique et la présence d'aérosol dans l'atmosphère. On montre que l'impact radiatif à une rétroaction importante sur les masses soulevées. En revanche l'effet sur la dynamique apparaît négligeable dans le cas étudié.

Afin de caracteriser les phenomenes d'envol de particules dans une couche limite turbulente dont on a decrit les caracteristiques sur paroi lisse puis rugueuse, on presente un critere de vitesse limite d'envol base sur les travaux de bagnold et de white qui ont observe l'existence de plusieurs comportements: la saltation pour les plus grosses particules, plus particulierement etudie dans le memoire, et la suspension pour les plus petites. On a modelise les trajectoires de particules en saltation. On a mis en evidence l'existence d'une portance et d'un moment, lies a la presence de la paroi. Lors de l'envol, on impose a la particule des accelerations importantes, les vitesses initiales etant nulles contrairement aux modeles habituellement rencontres. On a montre que le debit solide qui s'envole est proportionnel a la difference des contraintes parietales avec et sans envol. A l'aide de l'analyse dimensionnelle, on a mis au point un modele capable de predire le debit solide dans une couche de saltation etablie. A partir de techniques de mesure originales, elaborees autour d'une soufflerie de type eiffel que l'on a qualifiee, on a procede a une validation experimentale de tous ces modeles. Des mesures de profils de vitesse sur paroi rugueuse ont notamment permis de caracteriser la vitesse de frottement en fonction du parametre de rugosite. Plusieurs dispositifs experimentaux automatises ont ete realises pour mesurer la vitesse limite d'envol et pour effectuer des mesures de trajectoires et de debit de matiere. Les trajectoires obtenues par le calcul sont tres proches de celles mesurees. Le modele de debit solide a ete valide et les essais sur divers materiaux ont permis de proposer une loi generale pour sa prediction.

Le bilan de masse en surface de l’Antarctique (noté BMS ; résultante de l’équilibre entres les termes d’accumulation et d’ablation) contribue directement aux variations du niveau moyen des mers. Dans le contexte du changement climatique, sa détermination par les modèles atmosphériques est nécessaire pour affiner son estimation présente et future.Les vents violents en périphérie de l’Antarctique de l’Est sont responsables d’un entraînement aérodynamique de la neige en surface qui influence de façon significative le BMS. Le transport de neige par le vent est également à l’origine du développement de formes d’érosion éolienne orientées parallèlement au vent moyen au moment de leur formation et dont la distribution spatiale est un déterminant majeur de la rugosité de surface. Ces éléments de rugosité exercent en retour un effet d’obstacle à l’écoulement qui affecte directement le champ de vent en surface et, par extension, le transport éolien de la neige.Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l’observation et la modélisation numérique de l’érosion éolienne de la neige au niveau d’une région côtière de l’Antarctique de l’Est, la Terre Adélie. Dans un premier temps, le modèle atmosphérique régional MAR, qui contient une représentation détaillée des processus de transport éolien, est mis en œuvre à une résolution spatiale de 5 km sur un domaine couvrant la Terre Adélie et comparé sur un mois d’été à des observations météorologiques incluant des mesures continues du vent et du flux éolien massique de neige aérotransportée. Il est montré que les flux éoliens de neige produits par le MAR sont hautement sensibles à la paramétrisation de la rugosité de surface, et qu’une calibration unique de ce paramètre ne permet pas de simuler avec une qualité équivalente le champ de vent en deux points de mesure distants d’à peine 100 km. À partir des observations, les interactions rugosité-érosion sont ensuite étudiées à l’échelle d’évènements individuels d’érosion éolienne. Il est mis en évidence i) que l’effet d’obstacle généré par les formes d’érosion éolienne a un impact inhibiteur sur le flux éolien de neige et ii) que cet effet d’obstacle peut être fortement diminué par l’aptitude des formes d’érosion éolienne à se réorienter parallèlement au vent dominant pendant un événement de transport. L’examen des observations sur une année révèle que ce processus d’ajustement aérodynamique est sujet à des variations temporelles majoritairement reliées à l’historique de la température. Enfin, on montre qu’une reconfiguration du modèle comprenant notamment l’introduction d’une dépendance à la température dans la paramétrisation de la rugosité de surface améliore considérablement la représentation des flux éoliens de neige par le MAR sur l’année considérée. Ces résultats suggèrent qu’une distribution spatiale et temporelle de la rugosité de surface doit être prise en compte dans les modèles atmosphériques pour une simulation réaliste du transport éolien de la neige à l’échelle de l’Antarctique
The Antarctic ice sheet surface mass balance (SMB; the result of the balance between accumulation and ablation terms) has a direct influence on variations in the global mean sea level. In the context of climate change, atmospheric models are needed to improve its current and future estimation.Intense surface winds over the coastal slopes of East Antarctica are responsible for aerodynamic entrainment of snow at the surface, which has a significant influence on the BMS. Transport of snow by the wind also produces aeolian erosion features aligned parallel to the prevailing winds at the time of their formation. The spatial distribution of these features is a major determinant of surface roughness. On the other hand, surface roughness is an obstacle to flow and directly affects the surface wind field and, by extension, aeolian snow transport.The work presented here is based on observations and numerical modeling of aeolian snow erosion in a coastal stretch of Adélie Land, East Antarctica. First, the regional atmospheric model MAR, which includes a detailed representation of aeolian transport processes, was run at a spatial resolution of 5 km over a zone including Adélie Land and model results were compared with meteorological observations made over one month in summer, including continuous measurements of the wind and the aeolian snow mass flux. Aeolian snow mass fluxes modeled by MAR were highly sensitive to parameterization of surface roughness, and a single calibration of this parameter was not enough to simulate the surface wind field at two measurement points located only 100 km apart with the same accuracy. Consequently, roughness-erosion interactions were analyzed at the scale of individual aeolian erosion events using observations. The results of this analysis underlined that (i) the barrier effect generated by aeolian erosion features had an inhibiting impact on the aeolian snow mass flux and (ii) that the barrier effect can be strongly reduced by the ability of aeolian erosion features to realign with the dominant wind during a transport event. Examination of observations made over a period of one year revealed that this adjustment process is prone to temporal variations mainly linked to past temperatures. Finally, we showed that reconfiguring the model, including introducing temperature dependence in the parameterization of surface roughness considerably improved the representation of aeolian snow mass fluxes by the MAR model for the year concerned. These results suggest that spatial and temporal distribution of surface roughness should be included in atmospheric models for realistic simulations of aeolian snow transport over Antarctica

Le processus d'érosion éolienne peut entraîner plusieurs conséquences environnementales: la désertification, la dégradation des sols, la pollution de l'air, etc. Cette dernière est liée aux émissions de particules de matériaux granulaires couramment trouvés sur des sites industriels tels que le minerai et le charbon. La distribution granulométrique de ces matériaux consiste habituellement en un mélange d'une large gamme de diamètres, qui comprennent des particules plus grosses qui ne sont pas érodables même avec de fortes rafales de vent. Les particules non érodables jouent un rôle protecteur pour les particules érodables, en recouvrant la surface et en réduisant ses émissions. L'objectif principal de cette thèse est d'estimer plus précisément les émissions dues à l'érosion éolienne compte tenu de l'influence du pavage causée par des particules non érodables. Un modèle analytique a été proposé pour quantifier les émissions des lits de particules et des tas de stockage avec une large distribution granulométrique. Les effets du processus de pavage sont incorporés dans le modèle par la diminution de la vitesse de frottement moyenne sur la surface érodable puisque les particules non érodables s'accumulent. Des travaux antérieurs ont défini une relation mathématique entre l'évolution de la vitesse de frottement sur la surface érodable et la géométrie des éléments de rugosité. Néanmoins, l’equation n'est valable que pour des taux de couverture de particules non érodables limités. Des simulations numériques ont été effectuées dans ce travail pour étendre cette relation afin d'inclure d'autres cas rencontrés dans des situations réelles (avec de plus grandes quantités de particules non érodables). Le modèle d'émission proposé décrit la relation entre la valeur minimale de la vitesse de frottement (à laquelle les émissions cessent), en tirant parti des résultats numériques, et la profondeur finale érodée du lit, qui fournit à son tour la masse émise. Des expériences en soufflerie ont été réalisées afin de mieux comprendre le phénomène de pavage et estimer les émissions d'un lit de particules contenant une distribution de taille bimodale. Les résultats expérimentaux ont également été utilisés pour valider la modélisation, y compris la masse émise globale et les caractéristiques finales de la surface du lit. Un bon accord a été trouvé entre les résultats expérimentaux et modélisés pour les émissions globales et la profondeur de lit érodé. Le modèle d'érosion a été étendu pour l'application dans les tas de stockage. Dans ce cas, l'érodabilité des particules est plus complexe, puisque la vitesse de frottement et les conditions de seuil ne sont pas spatialement homogènes. L'idée du modèle était de subdiviser le tas en isosurfaces dans lesquelles les conditions de seuil et la vitesse de frottement sont constantes, et traiter chacune de ces zones comme une source différente où le modèle d'émission peut être appliqué. Des expériences en soufflerie ont été réalisées afin d'estimer les émissions d'un tas de sable contenant une distribution de taille bimodale. Les résultats modélisés et expérimentaux ont été comparés pour la configuration d'un tas isolé et un bon accord a été trouvé entre la masse émise estimée et mesurée. L'impact de la présence d'un bâtiment et d'un tas de stockage parallèle successif sur l'émission globale de particules a également été évalué. Des expériences en soufflerie et des simulations numériques ont été effectuées pour plusieurs configurations, en évaluant les effets de: (i) l'orientation du vent, (ii) la vitesse du vent, (iii) la distance entre l'obstacles et (iv) la quantité de particules non érodables. Il a été constaté que les interférences de l'écoulement entre les obstacles augmentent les émissions. Par conséquent, toutes les perturbations du vent ont un impact significatif et doivent être prises en compte dans l'estimation et la modélisation des émissions de poussières
Wind erosion process can lead to several environmental consequences: desertification, land degradation, air pollution, etc. This last one is related to particulate matter emissions from granular materials commonly found on industrial sites, such as ore and coal. The particle size distribution of these granular materials usually consist of a mixture of a wide range of diameters, which include larger particles that are non-erodible even with strong gusts of wind. The non-erodible particles play a protective role for erodible particles, paving the surface and reducing emissions. The main objective of this thesis is to estimate more accurately emissions due to wind erosion considering the influence of the pavement caused by non-erodible particles. An analytical model was proposed to quantify emissions from particle beds and stockpiles with a wide size distribution. The effects of pavement process are incorporated in the model through the decrease of the mean friction velocity on the erodible surface as the non-erodible particles accumulate. Previous works have defined a mathematical relation between the evolution of the friction velocity over the erodible surface and the geometry of the roughness elements. Nonetheless, the formulation was only valid to limited cover rates of non-erodible particles. Numerical simulations were carried out in this work to extend the formulation in order to include other cases encountered in real situations (with larger amounts of non-erodible particles). The proposed emission model describes the relationship between the minimum value of friction velocity (at which emissions cease), taking advantage of the numerical findings, and the final eroded depth of the bed, which in turn, provides the emitted mass. Wind tunnel experiments were carried out in order to better understand the pavement phenomenon and estimate emissions from a bed of particles containing a bimodal size distribution. The experimental results were also used to validate the modeling, including the global emitted mass and the final characteristics of the bed surface. A good agreement was found between experimental and modeled results for the global emissions and the bed eroded depth. The erosion model was extended for application in stockpiles. In this case, the erodibility of the particles is more complex as the friction velocity and the threshold conditions are not spatially homogeneous. The idea of the model was to subdivide the pile in isosurfaces in which the threshold conditions and the friction velocity are constant and then treat each one of these areas as a different source where the emission model can be applied. Wind tunnel experiments were carried out in order to estimate emissions from a sand pile containing a bimodal size distribution. The modeled and the experimental results were compared for the configuration of an isolated stockpile and a good agreement was found between the estimated and the measured emitted mass. The impact of the presence of a building and a successive parallel stockpiles on the overall particles emission was also evaluated. Wind tunnel experiments and numerical simulations were carried out for several configurations evaluating the effects of: (i) main wind flow orientation, (ii) wind flow velocity, (iii) gap between the obstacle and (iv) amount of non-erodible particles. It was found that the flow interferences between the obstacles increase emissions. Therefore, all wind perturbations have a significant impact and have to be accounted in dust emission estimation and modeling
O processo de erosão eólica pode levar a várias consequências ambientais: desertificação, degradação da terra, poluição do ar, etc. Esta última está relacionada com as emissões de partículas provenientes de materiais granulares comumente encontrados em indústrias, como minério e carvão. A distribuição granulométrica destes materiais normalmente consiste em uma mistura com uma ampla gama de tamanhos, incluindo partículas maiores que não são erodíveis mesmo com fortes rajadas de vento. As partículas não erodíveis desempenham um papel protetor para as partículas erodíveis, pavimentando a superfície e reduzindo as emissões. O objetivo principal desta tese é estimar com maior acurácia as emissões devidas à erosão eólica considerando a influência da pavimentação causada pelas partículas não-erodíveis. Um modelo analítico foi proposto para quantificar as emissões de leitos de partículas e pilhas com ampla distribuição granulométrica. Os efeitos do processo da pavimentação são incorporados no modelo por meio da diminuição da velocidade de fricção média na superfície erodível à medida que as partículas nãoerodíveis se acumulam. Trabalhos anteriores definiram uma relação matemática entre a evolução da velocidade de fricção na superfície erodível e a geometria dos elementos rugosos. No entanto, a formulação é válida apenas para limitadas taxas de cobertura de partículas não-erodíveis (< 12%). Simulações numéricas foram realizadas neste trabalho para estender a formulação de modo a incluir outros casos encontrados em situações reais (com maiores quantidades de partículas nãoerodíveis). O modelo de emissão proposto descreve a relação entre o valor mínimo da velocidade de fricção (para qual as emissões cessam), utilizando os resultados numéricos, e a profundidade final erodida do leito, que, por sua vez, fornece a massa emitida. Experimentos em túnel de vento foram realizados para melhor compreender o fenômeno da pavimentação e estimar as emissões de um leito de partículas contendo uma distribuição granulométrica bimodal. Os resultados experimentais foram também utilizados para validar a modelagem, incluindo a massa global emitida e as características finais da superfície do leito. Uma boa concordância foi encontrada entre os resultados experimentais e modelados para as emissões globais e a profundidade erodida do leito. O modelo de erosão foi estendido para aplicação em pilhas de estocagem. Neste caso, a erodibilidade das partículas é mais complexa, uma vez que a velocidade de fricção e as condições de limiar não são espacialmente homogêneas. A ideia do modelo é subdividir a pilha em isosuperfícies em que as condições de limiar e a velocidade de fricção são constantes e, em seguida, tratar cada uma dessas áreas como uma fonte diferente onde o modelo de emissão pode ser aplicado. Foram realizados ensaios experimentais em túnel de vento para estimar as emissões de uma pilha de areia contendo uma distribuição de tamanho bimodal. Os resultados experimentais e modelados foram comparados para a configuração de uma pilha isolada (orientada 60 e 90° em relação a direção do escoamento) e uma boa concordância foi encontrada entre a massa estimada e a emitida. O impacto na emissão da presença de um edifício e de uma pilha de estocagem sucessiva também foi avaliado. Experimentos em túnel de vento e simulações numéricas foram realizados para várias configurações avaliando os efeitos de: (i) orientação do vento, (ii) velocidade do vento, (iii) espaçamento entre os obstáculos e (iv) quantidade de partículas não erodíveis. Verificou-se que as interferências do escoamento entre os obstáculos aumentam as emissões. Portanto, todas as perturbações no escoamento têm um impacto significativo e devem ser contabilizadas na estimativa e modelagem de emissões de partículas

En Tunisie, seule une modélisation des flux horizontaux peut permettre de quantifier l'érosion éolienne. Le modèle développé au LISA reproduit bien le flux d'érosion dans les déserts hyper-arides mais son application aux zones arides nécessitait un complément de paramétrisations, en particulier pour traiter des surfaces labourées. Les effets du labourage ont été paramétrés à partir d'expérimentations en soufflerie. Une expression prédictive des flux d'érosion, fonction des caractéristiques géométriques des billons, a pu être proposée et validée pour les surfaces labourées en billons. Des expérimentations sur deux parcelles labourées avec des techniques différentes ont également été menées. Elles confirment les tendances mises en évidence en soufflerie et montrent que le labourage pose problème quand il affecte un sol préalablement protégé de l'érosion. Cette campagne a également permis de valider in situ les nouvelles paramétrisations
In Tunisia, only modelling the horizontal fluxes can allow to quantify aeolian erosion. The model developed in LISA reproduces satisfyingly the erosion fluxes in hyper-arid deserts but complementary parameterizations are needed when applied to arid areas, especially to account for tilled surfaces. The effects of the tillage have been parameterized by performing wind tunnel experiments. A predictive relation for horizontal fluxes depending only on the geometric characteristics of ridges has been developed and validated for tilled surfaces. Experiments on two parcels tilled with differnet tools have also been performed. They confirm the results obtained in wind tunnel and point out that tillage generate erosion problem only for areas previously protected again erosion. These experiments have also allow to validate in situ the new parameterizations

Depuis 1970, la sécheresse la plus longue et la plus sévère du siècle s'installe progressivement dans le bassin arachidier et engendre de nouveaux processus de dégradation de l'environnement dont le vent est le principal agent. L'étude de l'érosion éolienne se fonde sur des interprétations diachroniques de photographies aériennes et d'images satellitales, sur des observations de terrain réalisées entre 1998 et 2001 et sur des entretiens avec les agriculteurs directement concernés par les chagements environnementaux. Les résultats de nos travaux montrent qu'e plus de la diminution des précipitations annuelles la recrudescence des actions éoliennes est provoquée par les méthodes agricoles et pastorales en rupture avec les pratiques conservatoires : culture extensive de l'arachide, disparition des jachères, rammassage des résidus de culture pour l'alimentation du bétail, etc. Au fil des années, le couvert végétal qui fixait les couvertures sableuses riches en sables fins et pauvres en matière organique s'amenuise et expose le sol à une double vulnérabilité tant vis-à-vis de l'érosion hydrique que de l'érosion éolienne. L'exploitation des données anémométriques de 1998 à 2000 de trois stations du Bassin arachidier disposées du nord au sud, Louga, Diourbel et Kaolack, montre que le potentiel de déflation est plus élévé pendant la saison sèche chaude quand le souffle l'harmattan et atteint son maximum en mai-juin après le nettoyage des champs pour les semis d'hivernage. Au cours de l'année, les vents efficaces prennent diverses directions, mais celles du cadran NW à E sont les plus fréquentes et les plus déterminantes dans les flux éoliens. Malgré l'absence de dunes de néogenèse, la remobilisation du matériel est prouvée par les accumulations sableuses contre divers obstacles telles que les haies vives d'Euphorbia balsamifera qui clôturent les champs, les buissons du Guiera senegalensis et les palissades dans les villages. L'analyse granulométrique de ce matériel déposé par le vent indique que la compétence des vents actuels est de 250 um dans le Nord, 200 um dans le centre et 160 um dans le Sud du bassin arachidier. Le départ du matériel a pour effet la perte de fertilité des sols par vannage des particules fines et l'ensablement des infrastructures. Les poussières éoliennes causent aussi des gênes respiratoires dans les aires d'habitation.