Calcul des force et couple hydrodynamiques sur une particule solide glissante près d'une paroi solide glissante en présence d'un écoulement de cisaillement.

Ce sujet de thèse s’inscrit dans l’étude de la remise en suspension de poussières solides et microniques près d’une paroi solide sous l’action d’un écoulement de gaz dilué. Cette problématique est rencontrée en particulier lors d’un scénario d’accident de perte de vide (LOVA) dans le futur réacteur nucléaire de fusion ITER.

Lors d’un scénario LOVA, des particules de poussières solides sont soumises à un écoulement d’air dilué contribuant ainsi à leur remise en suspension. L’enjeu de la thèse est de procurer la force et le couple hydrodynamiques appliqués sur une particule de poussière solide, glissante et de forme arbitraire, dans le cadre des équations de Stokes.

Cette force et ce couple sont actuellement calculés sans condition de glissement et utilisés tels quels dans la modélisation de la remise en suspension, y compris pour les écoulements à basse pression, ce qui ne permet pas de faire des calculs réalistes de la remise en suspension pour le scénario type de LOVA.

La force et le couple sont obtenus en résolvant des équations intégrales sur la seule surface de la particule, selon deux approches distinctes :

1. Résolution des équations intégrales par la méthode asymptotique en décomposant le problème en 3 cas :
   1. Cas d’une particule solide en mouvement, de vitesse de translation et de rotation  (U,Ω), en absence d’écoulement ambiant.
   2. Cas d’une particule solide maintenue fixe, soumise à un écoulement ambiant.
   3. Cas d’une particule libre de migrer sujet à un écoulement ambiant.
2. Résolution numérique dans les trois cas précédents des équations intégrales par la méthode des éléments de frontières.

L’approche asymptotique (travail réalisé) fournit une solution analytique approchée valable au pourcent, lorsque la particule se trouve à une distance d’au moins deux fois sa taille par rapport à une paroi. Cette solution sera utilisée pour valider celle obtenue par la résolution numérique des équations intégrales. Cette méthode est applicable quelle que soit la position de la particule par rapport à la paroi, sauf dans le cas où elle est en contact avec celle-ci.

Dans les installations nucléaires, des particules solides de formes quelconques sont rencontrées. Dans certains cas, comme celui de la production des poussières de tungstène dans un tokamak, des formes proches de sphères sont observées.