Note publique d'information : Dans une optique de sécurité pyrotechnique, le CEA DAM s'intéresse aux moyens d'atténuer
les ondes de souffle par des mousses aqueuses. L'objectif de cette thèse est de comprendre
les phénomènes physiques régissant la propagation et l'interaction d'une onde de choc
avec une mousse, et d'en proposer une modélisation. Une mousse aqueuse est un milieu
diphasique constitué d'un assemblage de cellules de gaz séparées par une phase liquide.
Cette thèse s'intéresse principalement à des mousses aqueuses, qualifiées de sèches
dont le foisonnement (inverse de la fraction volumique) est supérieur à 20. Les travaux
ont été organisés autour de la conception et la réalisation de deux campagnes expérimentales.
La première, réalisée en Tube à Choc (TaC) à l'IUSTI Marseille, a permis de déterminer
le comportement de la mousse soumise à une onde de choc plane. La seconde campagne
a été effectuée sur le champ de tir du CEA au Polygone d'Expérimentation de Moronvilliers.
Cette expérience a été conçue dans le but d'obtenir une base de données pyrotechniques.
Ces deux campagnes ont alors servi au développement d'un modèle numérique, reposant
sur un formalisme multiphasique eulérien résolu grâce à la Méthode des Equations Discrètes.
L'analyse des résultats expérimentaux en TaC a permis de montrer que, sous l'effet
de forts gradients de pression, les films rompent et la mousse s'effondre en un ensemble
de ligaments liquides : les Bords de Plateau se déforment puis se fragmentent en un
spray. La structure de l'onde incidente est alors composée de deux parties, un choc
précurseur générant une surpression de plus d'une centaine de millibars et qui est
la signature de la fragmentation de la mousse et un train d'ondes de compression traduisant
la mise en vitesse des Bords de Plateau dans l'écoulement gazeux. Les expérimentations
pyrotechniques ont permis de corroborer ces résultats obtenus en TaC. Enfin, l'analyse
numérique effectuée confirme également que le foisonnement de la mousse est le paramètre
principal qui permet de contrôler l'atténuation des ondes de souffle dans les mousses
aqueuses. Les simulations numériques ont également permis de restituer la structure
complexe de l'onde de souffle et de déterminer les phénomènes prépondérants.
Note publique d'information : Mitigation of blast waves as regards pyrotechnic security is of great concern for
the CEA DAM. The objective of this thesis is to understand the physical mechanisms,
which underlie the mitigation properties of the aqueous foams. Aqueous foam is a two-phase
medium, which is built from an assembly of gaseous cells, which are separated by the
liquid phase. The present study focuses on dry foams, having an expansion ratio (inverse
of the volume fraction) higher than 20. Two experimental campaigns have been designed
and achieved. At first, the behavior of the aqueous foam under shock loading has been
studied in a Shock Tube at IUSTI Marseille. Then, a database on blast characteristics
has been obtained in the test field of the Polygone d'Expérimentation de Moronvilliers
CEA. The experimental data have helped the development of the numerical modeling,
which relies on an Eulerian multiphase formalism, solved by the Discrete Equation
Method. The analysis of the Shock Tube data has shown that under high shock loading,
the liquid films are prone to rupture and as a consequence, the foam collapses into
a spray of liquid ligaments. The Plateau Borders deform and are atomized into a cloud
of droplets. The two-phase shock wave structure can be decomposed into two parts.
The first one is relative to the foam fragmentation and consists of a precursor shock
of amplitude of hundreds of millibar. The relaxation zone then follows where the momentum
and energy transfer bring the states of the two phases towards dynamic and thermal
equilibrium. The experimental data from the pyrotechnic campaign have also confirmed
these findings. Finally, the numerical modeling has also shown that the expansion
ratio was the main parameter of the mitigation of the blast wave. The complex structure
of the two-phase blast wave from the model compares favorably with the experimental
data.
paprika.idref.fr
data.idref.fr
Documentation
