Numerical Modelling of the Interaction Between River Ice and Control Structures

«RÉSUMÉ: Les hydrosystèmes des régions nordiques sont régulièrement affectés par les phénomènes liés à la glace et en particulier par la débâcle des glaces au début du printemps. Ce phénomène est caractérisé par la rupture soudaine de la couche de glace qui recouvre la rivière durant l’hiver en de nombreux blocs de glace individuels transportés. Cela peut devenir problématique lorsque la décharge de glace est trop importante endommageant ainsi les infrastructures fluviales ou encore en engendrant des embâcles de glace qui peuvent provoquer des inondations. Certaines régions et villes sont régulièrement affectées par ce phénomène qui menace des zones résidentielles et altère l’écosystème environnant. De ce fait, la prise en compte de ces aléas naturels est essentielle lors de la conception d’infrastructures fluviales ainsi que dans la gestion et prévention des risques liés aux inondations. Parmi les mesures de prévention, de nombreuses municipalités installent des structures de contrôle permettant de retenir la décharge de glace en amont d’une zone à risque et ainsi de réduire les risques d’inondations. La compréhension et la prédiction des interactions entre la glace provenant de la débâcle des rivières et ces structures de contrôle sont essentielles à l’optimisation de celles-ci. Dans ce but là, les modèles numériques s’avèrent être des outils puissants et efficaces contrairement aux études expérimentales qui, malgré leurs utilités, sont plus coûteuses et moins flexibles. Néanmoins, la complexité d’un tel phénomène multiphysique qui inclut l’interaction entre une phase fluide hautement dynamique avec une surface libre fragmentée et déformée et une phase solide constituée de nombreux blocs met au défi les modèles numériques. Les méthodes dites traditionnelles à maillage ont montré leurs limites en matière de précision des résultats et des couts de calculs pour l’application à de tels problèmes. Par opposition, les méthodes particulaires lagrangiennes comme Moving Particles Semi Implicit (MPS) ou Smoothed Particles Hydrodynamics (SPH) ont démontré leur efficacité à traiter des problèmes où la phase fluide est hautement dynamique de par leur nature lagrangienne.»