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Etudier les aléas naturels pour comprendre et prévoir les risques
Jacques Sainte-Marie
Nous avons rencontré Jacques Sainte-Marie chercheur au sein de l’équipe-projet Bang du centre de recherche Inria Paris - Rocquencourt.
Pouvez-vous nous dire sur quel sujet porte vos recherches ?
Nos travaux de recherche portent sur les aléas naturels (tsunami, houle, érosion, crues,...) et les risques industriels (rupture de barrage, pollutions) qui mettent en jeu des phénomènes physiques complexes difficiles à décrire.
On s’intéresse ainsi aux écoulements stratifiés (l’écoulement n’est pas homogène sur la verticale) par exemple à densité variable (stratification thermo-haline pour les océans). La stratification peut aussi être liée à la présence dans l’eau de polluants, d’espèces biologiques et de sédiments. On étudie également les couplages induits lorsque le fluide rencontre des structures (houle dans un port).
On cherche à développer de bons modèles pour ces écoulements complexes, ces modèles devant être adaptés aux phénomènes physiques étudiés, simulés efficacement et validés. Les modèles issus de la mécanique des fluides, typiquement les équations de Navier-Stokes, permettent de décrire l’hydrodynamique (propagation des ondes et des courants).
Le programme de recherche de l’équipe est centré sur la modélisation, l’analyse mathématique, numérique et la simulation de modèles, de complexité réduite par rapport aux équations de Navier-Stokes, mais s’affranchissant des hypothèses classiques que l’on retrouve dans les modèles d’écoulements dits «peu profonds». Mais l’analyse et la simulation de ces modèles sont délicates et c’est un point fort des travaux de recherche de l’équipe.
A quels enjeux sociétaux répondez-vous avec ces recherches ?
Carte des fonds marins au large du Japon avec l'épicentre du séisme de mars 2011 (cercle rouge)
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© Bang - Inria
Il s’agit pour nous de fournir des outils de simulation, de prévision des phénomènes mentionnés ci-dessus. Ces outils pouvant servir au dimensionnement des structures (barrage, digues) par exemple dans le cas de submersions marines.
Actuellement, nous travaillons sur la problématique du couplage hydrodynamique-biologie. L’eau contient des espèces biologiques qui sont d’une part transportées par le fluide mais d’autre part vivent, croissent, réalisent la photosynthèse au sein du fluide. En plus de l’hydrodynamique il s’agit donc de représenter finement l’évolution des quantités biologiques qui ont souvent des constantes de temps hétérogènes et différentes de celles de l’hydrodynamique. Les retombées de ces travaux sont nombreuses, citons la prévision de la captation du CO2 dans les océans ou encore la production de bio-carburants à partir de micro-algues cultivées en bassins. Ces travaux se font en collaboration avec l’EPI Biocore. D’ailleurs, le projet que nous avons proposé conjointement sur la valorisation des micro-algues et intitulé GREENSTARS est un des lauréats de l’appel à projet ``Institut d’Excellence sur les Énergies Décarbonées’’.
Existe-il aujourd’hui des applications concrètes? Si oui, avec quels partenaires travaillez-vous ?
Les modèles et outils numériques de simulation que nous développons font régulièrement l’objet de transferts.
Ces transferts se font vers des chercheurs en géosciences, hydraulique,... et vers des partenaires industriels tels EDF R&D ou la PME Naskeo.
Ainsi un modèle dit de Saint-Venant étendu que nous avons développé a été implémenté dans les codes de simulation d’EDF et est utilisé pour la prévention des risques associés aux ondes de submersion.
Notre équipe travaille en partenariat avec le ministère de l’écologie et du développement durable (dont je dépends). Au niveau applicatif, nous avons 3 types de partenaires :
- des partenaires du monde académique tels l’IPGP (Institut de Physique du Globe de Paris), l’INRA, des laboratoires d’océanographie,...
- des partenaires industriels tels EDF et Naskeo (www.naskeo.com)
- des services publics en charge des aménagements côtiers, portuaires, des risques naturels (crues, inondations,...)
Mots-clés : Équation de Navier-Stokes Simulation Modélisation Mécanique des fluides
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