Modélisation de l’écoulement

Expérimentation sur une parcelle de pomme de terre à Pertuis

Pour observer les phénomènes qui provoquent le colmatage des goutteurs, nous avons travaillé dans des conditions naturelles, dans lesquelles les caractéristiques de l’eau d’irrigation ne sont contrôlées que par filtration au niveau de l’exploitation. L’objectif de cette étude est d’observer la nature minérale et/ou organique de la matière colmatante, ainsi que la ou les zones préférentielles de colmatage (début/fin de ligne, ou aléatoire). utilisent la micro-irrigation. Quatre lignes de goutteurs (goutteurs GR intégrés, à cheminement long avec un débit de 2 l/h) sont installées comme indiqué sur Figure II-2 et Figure II-3, les arrosages sont programmés à raison d’une heure par jour à partir de 17 h, en même temps que ceux du reste de la parcelle. Deux lignes sont alimentées par de l’eau filtrée à 80µm comme le reste de la parcelle. Cette filtration est assurée par trois filtres à disque, pour assurer la continuité de la filtration. Afin de prévenir le colmatage de ces filtres, un mécanisme de Les deux autres lignes sont alimentées par de l’eau brute, c’est à dire non préalablement filtrée à 80 microns, dans le but d’observer un éventuel effet sur la cinétique du colmatage. L’irrigation de la parcelle est divisée en trois postes (Figure II-2), pilotés par des électrovannes volumétriques. Les goutteurs utilisés par l’exploitant sont intégrés dans des gaines jetables de marque T-Tape®, et qui sont différentes de nos goutteurs GR. Elles présentent les caractéristiques suivantes :

Pour analyser les causes et le processus de colmatage en irrigation, nous avons choisi de travailler avec des goutteurs GR (Figure II-4) intégrés dans un tube en PE (polyéthylène) de 16mm de diamètre, à cheminement long. Ils fonctionnent à une pression nominale de 1 bar et délivrent 2 l/h. Ils comportent une grille d’entrée jouant le rôle de filtre avant l’arrivée de l’eau à l’intérieur du labyrinthe. Ce labyrinthe est constitué de chicanes qui créent une perte de charge (Figure II-4). Le fonctionnement hydraulique de ce système doit être suffisamment homogène pour que le débit soit uniforme tout au long d’une rampe. Ce modèle de goutteur est le plus répandu dans le monde (une production de plusieurs milliards d’unités par an), grâce notamment à leur plus grande durabilité et au fait qu’il soit tombé dans le domaine public. Il est connu pour bien résister au colmatage mais reste peu tolérant aux variations de pression. pour les dix goutteur à différentes valeurs de pression. On en déduit que la relation débit- pression suit une loi puissance d’exposant x = 0.57, en accord avec les caractéristiques des goutteurs non autorégulant. (Tableau I-1).

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Modélisation de l’écoulement

Afin d’estimer les gammes de vitesses et de cisaillement pouvant influer sur les mécanismes d’agglomération. Nous avons modélisé l’écoulement au sein du labyrinthe à l’aide du logiciel Fluent®. Des photos réalisées à l’aide d’un microscope Motic® sur des faces du goutteur ont permis de reproduire son labyrinthe dans le logiciel de dessin Gambit (Figure II-6 et Figure II-7) l’hydrodynamique de ces goutteurs. Bien que le nombre de Reynolds soit faible, de l’ordre de 600, ces simulations ont été réalisées avec un schéma turbulent. En effet, la faible section de passage (1mm²) et la présence de chicanes favorisent une transition laminaire/turbulent. (Li et al. 2008 ; Jun et al., 2007 ; Zhang et al. 2007 ; Wei et al. 2006) à faible nombre de Reynolds. Les sections de passage du goutteur sont de l’ordre du millimètre et sont à la limite des micro- canaux (Hetsroni et al., 2005). Pour ce type d’écoulement certaines expériences mettent en évidence une transition laminaire/turbulent à plus faible Reynolds que la valeur conventionnelle pour les macro-échelles qui est de 2300 (Wu et Little, 1983 ; Pfund et al., 2000 ; Gui et Scaringe, 1995) alors que d’autres ne montrent aucun déplacement de cette transition (Qu et Mudawar, 2002 ; Celata et al., 2004 ; Sharp et Adrian, 2004). Aussi l’écoulement, a été modélisé et les résultats sont présentés dans la Figure II-8 permettent de cartographier le champ de vitesse dans le labyrinthe et mettent notamment en évidence l’existence de zone de recirculation. En dehors de ces zones de recirculation, la vitesse atteint des valeurs de l’ordre de 2 m/s en début de labyrinthe.

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