Post Doctorat : Modélisation de la propagation d'une onde de souffle ...

Contexte
Post Doctorat : Modélisation de la propagation d’une onde de souffle
depuis la source jusqu’aux grandes distances
Les ondes de souffle, consécutives à une explosion de forte puissance résultant de la détonation
d’une munition ou d’un accident industriel comme celui d’AZF, peuvent engendrer des nuisances
jusqu’à plusieurs kilomètres. Il est reconnu que la topographie près de la source d’explosion, la
capacité d’absorption du sol ou les hétérogénéités de l’atmosphère ont une influence importante sur
les caractéristiques de l’onde en champ lointain. Cependant, l’importance relative de ces éléments
n’est pas complétement maitrisée, notamment dans les zones de transition entre les différents
régimes asymptotiques de propagation (choc fort, choc faible, acoustique).
Dans le cadre du projet national ANR Prolonge, le CEA/DAM s’intéresse à la modélisation et à la
simulation de la propagation des ondes de souffle depuis l’explosif jusqu’aux grandes distances,
plusieurs kilomètres ici. L’objectif est de proposer des méthodes rapides d’estimation du risque et
des nuisances. Ces méthodes seront validées par comparaison aux mesures effectuées par l’INERIS
sur le pourtour d’un champ de tir du partenaire industriel du projet, Nobelclad Europe SA.
Actuellement, la modélisation de la propagation des ondes de souffle est réalisée suivant deux
approches. La première consiste en la simulation numérique directe instationnaire et
tridimensionnelle des équations de la mécanique des fluides. Compte tenu des différentes échelles
caractéristiques en jeu, ces simulations nécessitent plusieurs milliards de mailles, même avec un
maillage adaptatif, et sont rendues possibles uniquement grâce aux logiciels et aux supercalculateurs
massivement parallèles du CEA-DAM. La seconde approche, appliquée en champ lointain, s’appuie
sur le modèle d’acoustique géométrique faiblement non-linéaire et utilise une source équivalente
comme condition initiale d’une méthode de tracé de rayons. Elle est rapide mais limitée en gamme
d’application.
Travail à effectuer
L’atteinte des objectifs du projet nécessite de faire évoluer les deux outils de simulation.
Le code Eulérien prend actuellement en compte l’effet macroscopique de relief par une méthode de
frontière immergée avec glissement à la paroi, et suppose que l’atmosphère est homogène au repos.
Le post-doctorant aura pour mission de lever ces limitations en introduisant : des conditions
d’atmosphère plus réalistes (température, vent, gravité) et une description de l’état de surface du
terrain au travers de lois de paroi (type de sol, rugosités, végétation, …). A partir d’une analyse
bibliographique, des modèles spécifiques seront proposés, codés et validés. Des simulations 2D et 3D
hautement résolues seront alors utilisées pour mettre au point le modèle de source équivalente.
Parallèlement, le code de tracé de rayon évoluera pour prendre en compte l’effet de focalisation
acoustique, notamment par résolution de l’équation de Tricomi non-linéaire au voisinage des
caustiques, responsable des nuisances sonores à grande distance. Cet outil rapide pourra être validé

par comparaison à des simulations numériques Eulériennes. Une évaluation de la capacité du code
Eulérien à simuler correctement la propagation longue distance (transition choc fort à faible) est
donc nécessaire. Des simulations informatiques de très grande ampleur sont à prévoir.
Enfin, la chaîne « modèle de source – acoustique géométrique » sera utilisée dans une configuration
réelle afin d’être confrontée aux signaux mesurés par l’INERIS.
Ce projet est original par la place centrale qu’il occuperait dans une chaîne d’aide à la décision et par
la synthèse attendue entre modélisation physique, analyse mathématique et résolution numérique.
Ces travaux pourront faire l’objet de présentations en congrès et de publications en revue
scientifiques de rang A.
Ce sujet nécessite des compétences en mathématiques appliquées et modélisation en mécanique
des fluides, ainsi qu’une capacité à interagir avec différents experts de ces domaines.
Lieu de travail
Le post-doctorant sera accueilli au sein du site CEA de Bruyères-le-Châtel (91). Prévoir un délai de 6
mois pour les procédures d’habilitation du CEA. Durée du projet : 2 ans.
Date souhaitée de début : septembre 2013
Contact CEA/DAM
Nicolas Lardjane, Olaf Gainville, 01 69 26 40 00