Numerical modelling of the behaviour of a coastal breakwater under extreme wave conditions using CFD-DEM coupling

La stabilité des blocs d'enrochement face à l'action des vagues est une problématique cruciale pour les digues côtières et portuaires. La stabilité des digues est généralement déterminée à partir de formules de conception semi-empiriques, ainsi que par des campagnes expérimentales sur des modèles réduits en bassins. Le travail réalisé vise à aborder la stabilité des digues par une méthode numérique déterministe utilisant une approche CFD-DEM (Dynamique des Fluides Numérique - Méthode des Éléments Discrets), qui simule le mouvement individuel des blocs d'enrochement au sein d'un solveur fluide. Le fluide est résolu à l'aide du code CFD eulérien-eulérien neptune_cfd, et les contacts entre les blocs sont traités avec le code de DEM Grains3D (Wachs et al., 2012). Les solides sont modélisés dans neptune_cfd à l'aide d'une technique IBM (Méthode de Frontière Immergée) avec forçage discret (Benguigui et al., 2018, 2019). Plusieurs études sont réalisées pour valider et tester les capacités du couplage. Tout d'abord, des simulations sont réalisées pour vérifier la capacité du solveur fluide à évaluer les efforts sur un ouvrage côtier fixe idéalisé, en se comparant à des résultats expérimentaux obtenus en interne. Une fois la fiabilité du code vérifiée sur une installation fixe, des ouvrages composés d'enrochements mobiles sont étudiés. Des simulations d'impact d'une vague solitaire sur une rangée de tétrapodes isolés et mobiles, basées sur l'expérience de Mitsui et al. (2023), sont réalisées et permettent de vérifier la capacité du couplage à modéliser les interactions fluides-structures en milieu côtier. Enfin, des simulations d'une section de digue de plus en plus réaliste et leurs comparaisons avec des expériences internes permettent d'étudier l'impact de vagues sur des digues d'enrochements artificiels en BCR (Blocs Cubiques Rainurés).