National Research Institute of Science and Technology for Environment and Agriculture
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Motion of a single bead on a bead row : theoretical investigations
No full textThe motion of a single bead on an inclined "line" made up of juxtaposed identical beads is analytically investigated. Initially, an entirely analytical method is presented in some detail: the problem is tractable with the usual analytical tools as long as any slip motion is ignored. Under these conditions, we show (i) the existence of a steady regime within a certain range of line slopes and (ii) that the mean velocity of the mobile bead may be calculated by induction. When compared to all the series of experiments (after the adjustment of the collisional parameter), this approach reflects well all the features displayed by experiments. The influence of slip is then numerically investigated, but, unfortunately, the unicity of solution to motion equations cannot be proved. Despite this uncertainty, energy considerations show that the main dissipation process is due to collisions. The analytical model is then compared to three alternative types of approach namely a phenomenological approach, an heuristical model, and one based on molecular-dynamics model. The comparison throws light on the role of (solid) friction and collisions in granular materials: here, it is found that the macroscopic coefficient of friction (bulk resistance) is mainly due to geometrical characteristics and collisional effects. / Des approches microstructurelles ont largement été développées ces dernières années pour modéliser des écoulements granulaires ; ces méthodes consistent à déduire le comportement macroscopique à partir du comportement local de l'écoulement. Cependant, le caractère fortement non-linéaire et le grand nombre des phénomènes impliqués rendent difficile l'analyse des éventuelles divergences constatées entre les prédictions théoriques et les résultats expérimentaux. Il est donc intéressant d'étudier un système physique le plus simple possible pour pouvoir comparer les différentes approches. A cet effet, on étudie le mouvement d'une seule bille sur une rangée droite de billes accolées et identiques (entre elles). Dans un premier temps, on présente en détail une méthode qui donne une solution entièrement analytique à condition que l'on puisse négliger le glissement entre billes. Dans ce cas on montre d'une part (i) que la bille en mouvement peut atteindre un régime stationnaire, tant que l'inclinaison de la rangée est comprise dans un certain intervalle, dont les frontières ne dépendent que de la taille des grains et de la loi collisionnelle et d'autre part (ii) que la vitesse en régime permanent peut être calculée par récurrence. Ces deux point sont en accord avec les résultats expérimentaux à condition de caler le paramètre de la loi collisionnelle. Dans un second temps, on cherche à tenir compte du glissement, mais malheureusement le cadre de la mécanique des corps rigides ne permet pas d'assurer l'unicité de la solution ; pour cela, il faudrait analyser en détail les déformations et contraintes durant le contact de trois billes. Enfin, on compare les résultats de notre étude théorique avec trois autres types de modèle : un modèle phénoménologique, un modèle heuristique et un dernier modèle basé sur la dynamique moléculaire
Modélisation des matériaux en suspension en rivière
No full textThis paper presents the state of reflection in the field of suspended bedload modelling and the contributions as the prospects of the division Hydrology-hydraulics of the Cemagref. In any case it is an exhaustive inventory of the methods and the approaches of this problem. / L'objet de ce papier est de présenter l'état des réflexions dans le domaine de la modélisation du transport des matériaux en suspension en rivière et les contributions ainsi que les perspectives de la division hydrologie-hydraulique du Cemagref. En aucun cas il ne s'agit d'un inventaire exhaustif des méthodes et des approches du problèmes
Guidage d'un engin agricole, fusion de données, fusion multicapteurs
No full textOne of the goals of the tests realized with the combine harvester during the summuer of 1996 was to quantify the possibility of using a laser sensor in order to guide the machine. This paper deals with a synthesis of the results obtained by F. Duculty during his probationary period. In a second time, the video approach has been developped and modified in order to be implanted on a new card (ELTEC E27) with two 68060 processors. In a last time, a real time module has been computed in order to perform sensor fusion based on the theory of evidence. / La campagne de moisson 1996 avait plusieurs objectifs, dont le premier était de quantifier le potentiel d'un capteur télémétrique. Pour ce faire, un algorithme de guidage basé uniquement sur des informations provenant de ce dernier a été développé. Ce rapport présente une synthèse du bilan dressé par F. Duculty sur les capacités et les limitations du système télémétrique. En parallèle, l'approche vidéo devait elle aussi progresser. L'algorithme de segmentation markovien développé par M. Derras a été modifié, afin que celui-ci fonctionne sur une carte ELTEC E27 à base de deux micro-processeurs 68060. Enfin, en prévision à une implémentation future d'une approche fusion de données multi-capteur et multi-algorithmiques, un module temps réel développé en C et permettant d'exécuter plusieurs tâches de traitement de données communes de manière parallèle a été testé
Coupling of SAR SIR-C data to a tree growth model : retrieval of forest parametres and forest landscape 3D simulation
No full textSpaceborne SAR remote sensing and tree architectural growth model are new tools under development and validation, towards the retrieval and mapping of forest parameters through a GIS. On one hand, L-band SAR data (SIR-C) is useful for the retrieval of some forest parameters such as age and woody biomass; on the other hand, tree growth model allow to retrieve many forest parameters at the tree level, and to simulate a 3D view by image synthesis both at the tree and landscape levels. The coupling through a GIS of these tools is to drive the growth model by parameters obtained using SAR data or other sources. A methodology is proposed and illustrated on a simple forest ecosystem, that is a Austrian pine forest over hilly terrain in South France. Preliminary results show the potentialities and interests in using such tools. / Les nouveaux outils que sont la télédétection RSO (radar à synthèse d'ouverture) spatiale et les modèles architecturaux de croissance présentent des potentialités et des intérêts complémentaires pour l'obtention d'informations forestières géolocalisées, par l'intermédiaire de leur couplage avec un système d'information à références spatiales (SIRS). Les données RSO bande L (SIR-C) permettent d'accéder à certaines caractéristiques du couvert forestier comme le volume, alors que les modèles architecturaux permettent une bonne estimation de plusieurs paramètres au niveau de l'arbre, en plus d'une simulation visuelle 3D au niveau de l'arbre et du paysage. Le couplage possible des deux outils est le pilotage du modèle architectural par un paramètre estimé par radar, et ce au sein du SIRS, à des fins de spatialisation de l'information forestière extraite. Une méthodologie est proposée et illustrée par des résultats encourageants obtenus sur une forêt de résineux en terrain accidenté, dans le département de la Lozère dans le sud de la France, permettant d'entrevoir les perspectives d'utilisation de ces outils combinés via un SIRS
Real time monitoring of vegetation flammability using NOAA-AVHRR thermal infrared data
No full textIn order to improve daily fire danger prediction in French Mediterranean Forests, the Cemagref-ENGREF remote sensing laboratory has developed a vegetation water stress index based on the use of NOAA-AVHRR thermal infrared and meteorological data. The " Stress Index " is equal to SI=1-LE/LEp, where LE is the actual evapotranspiration and LEp the potential evapotranspiration. A first study, on 11 French forested areas, from July to September 1994, showed that the stress index was positively correlated with the probability of large fires. Moreover, real-time stress index maps could enable forest managers to locate drier areas. In a second step, stress index values were related to measurements of flammability parameters (relative water content, ignition delay) in several sites in Les Maures forest (southern France). Increases in SI corresponded with decreases in ignition delay and thus with an augmentation of vegetation fire susceptibility. Therefore, SI's temporal variations could be used as an indicator of vegetation flammability to complement existing meteorological fire danger indices. Moreover, satellite images provide a spatial information concerning the variability of the vegetation susceptibility to fire. / Afin d'améliorer la prévision du risque d'incendie en région méditerranéenne, le Laboratoire Commun de Télédétection Cemagref-ENGREF a mis au point un indice de stress hydrique de la végétation intégrant desdonnées de l'infrarouge thermique (température de surface) et des données météorologiques. L'indice de stress hydrique est égal à 1- ETR/ETP, où ETR est l'évapotranspiration réelle et ETP l'évapotranspiration potentielle. Une première étude, sur 11 massifs forestiers français, a montré que l'indice de stress hydrique était positivement corrélé à la probabilité de grands feux et que les cartes de stress hydrique de la végétation permettaient de mieux localiser les zones sèches, où les feux risquaient de prendre rapidement de l'ampleur. Dans un deuxième temps, l'indice de stress hydrique a été corrélé à des paramètres d'inflammabilité de la végétation (teneur en eau, délai d'inflammation) mesurés dans le massif des Maures (Var). Les hausses de l'indice de stress hydrique correspondent à des baisses du délai d'inflammation et donc à une hausse de l'inflammabilité de la végétation. Ainsi, les variations temporelles de l'indice de stress hydrique peuvent être considérées comme un indicateur de l'inflammabilité de la végétation. De plus les images satellitaires fournissent une information spatialisée exhaustive sur l'état hydrique de la végétation
Estimation of flow through porous and perforated plates with CFX and scale model validations
No full textAirflow patterns through a livestock building with a diffusing ceiling ventilation system were modelled using the computational fluid dynamics (CFD) code CFX. Two kinds of ceilings were tested in a 1/10 scale model : a porous diffusing ceiling and a perforated plate. Several simulations were carried out for each kind of ceiling in the scale model geometry and predicted air velocities were compared with experimental data. Good predictions were obtained with a porous plate as diffusing ceiling. For the perforated plate ceiling, rather good predictions were obtained by individually simulating each hole of the plate. This perforated plate was also modelled by a virutual porous medium. We got poor consistency until we used the correction proposed by Wen, 1994. With that correction we obtained a dramatic improvement which opens an opportunity to get a good prediction of the flow in realistic conditions. / Les écoulements d'air dans un bâtiments d'élevage ventilé par un système à plafond diffuseur ont été modélisés à l'aide de la MFN (Mécaniques des Fluides Numériques) et du code de calcul CFX. Deux types de plafonds ont été testés dans une maquette au 1/10ème : un plafond poreux diffusant et une plaque perforée. Plusieurs simulations ont été réalisées pour chaque type de plafond pour la géométrie de la maquette et les vitesses prédites ont été comparées aux données expérimentales. De bonnes prédictions ont été obtenues avec le milieux poreux comme plafond diffuseur. Pour la plaque perforée, on a obtenu des simulations assez bonnes en considérant individuellement chaque trou de la plaque perforée. Cette plaque perforée a aussi été modélisée par un milieu poreux virtuel. On a une faible consistance dans les résultats tant que l'on n'utilise pas la correction proposée par Wen, 1994. Avec cette corrrection on a obtenu une amélioration qui offre l'opportunité d'obtenir de bonnes prédictions de l'écoulement dans des conditions réalistes
Les avalanches
No full textAvalanches are snow flows on mountain slopes due to the breakdown of the snow cover. It is very practical to distinguish two typical avalanche flows: (i) airborne avalanche, which is the flow of a ice particles/ air suspension in the form of an aerosol, (ii) flowing avalanche, which is the motion of a snow mass along the ground. Modelling avalanches addresses a great range of varied problems; this can explain the great variety of models, which have been proposed during these last few years. This chapter tries to summarize the main features of these approaches. / Les avalanches sont des écoulements d'une masse de neige sur une pente de montagne consécutifs à une rupture du manteau neigeux. Il est commode de distinguer deux types d'écoulement typiques : (i) l'avalanche en aérosol, qui est un écoulement de particules de glace en suspension dans l'air sous forme d'un aérosol, et (ii) l'avalanche coulante, qui est le déplacement d'une masse de neige le long du sol. La modélisation des avalanches bute contre de nombres problèmes épineux, ce qui peut expliquer la grande variété des approches développées ces dernières années, dont le présent chapitre tente de dresser un panorama
Numerical modelling of the temperature increase of the frozen food packaged into pallet and placed in a positive temperature ambience
No full textThe frozen food can endure from the rise of their temperature essentially during their transfer on a loading or unloading platform for exemple, where the ambient temperature is warmer than the products one. The aim of this study is to model heat transfer within the frozen food, packaged into pallets and placed in a positive temperature ambience. The numerical resolution of the energy equation is performed on a three-dimensional configuration by the finite-volume method with the PHOENICS computer program. The model can predict the evolution of temperature versus time. It takes into account the nature of packaging and the external conditions : temperature and velocity of the ambient air. The validation of the model is performed by a comparison with experimental results. The experiences are carried out in a store on closed and opened platforms. The temperatures are recorded, by a thermocouple placed at different levels into the pallet, at intervals lasting from 30 to 90 minutes. / Des problèmes de réchauffement de denrées alimentaires surgelées se posent essentiellement lors des étapes de transfert, sur un quai de chargement par exemple, où la température ambiante est plus élevée que la température de conservation. L'étude porte sur la modélisation des échanges thermiques au sein de paquets de denrées surgelées, conditionnés en palette, et placés dans une ambiance à température positive. La résolution numérique de l'équation de l'énergie est effectuée dans une configuration tridimensionnelle par la méthode des volumes finis sur le logiciel PHOENICS. Le modèle permet de prédire l'évolution de la température en fonction du temps au sein des produits. Il prend en considération la nature de l'emballage ainsi que les conditions extérieures : température et vitesse d'air ambiant. La validation du modèle a été effectuée par des comparaisons avec des résultats expérimentaux. Les essais ont été réalisés en entrepôt sur des quais ouverts et fermés. Les températures ont été enregistrées par des thermocouples placés à différents niveaux de la palette sur une durée d'environ une heure et demie
Comparison of two atmospheric correction methods for Landsat TM thermal band
No full textThe high resolution of Landsat Thematic Mapper (TM) thermal infrared data can be interesting in applications such as energy balance and crop water stress studies. However, surface temperature measurements are strongly affected by atmospheric effects, particularly by water vapour absorption, therefore a correction method is absolutely necessary. The impossibility of applying a split-window equation and the difficulty of having temporarily coincident radiosondes produce a slight use of Landsat TM data to obtain surface temperature. Vidal et al. show that in a zone with homogeneous climatic conditions, atmospheric correction can be evaluated by using energy balance equation and standard meteorological parameters. Using data of the EFEDA project, a comparison between two different atmospheric correction methods has been made in this paper. / Les données infrarouge thermiques à haute résolution de Landsat Thematic Mapper (TM) sont intéressantes pour le suivi du bilan d'énergie et du stress hydrique des plantes. Mais l'estimation de la température de surface est très affectée par les effets atmosphériques, en particulier l'absorption par la vapeur d'eau, et des corrections sont nécessaires. L'impossibilité d'appliquer une équation spit-window ou de disposer de radiosondages simultanés entraînent ainsi une faible utilisation des données Landsat TM pour estimer la température de surface. Vidal et al. ont montré que, dans une zone climatiquement homogène, les corrections atmosphériques pouvaient être réalisées en utilisant l'équation du bilan d'énergie et des données météorologiques standard. A partir des données du projet EFEDA, ce papier compare deux méthodes de correction atmosphérique
Profils de concentration de la neige soufflée : Théorie, résolution numérique et validation expérimentale in situ
No full textPhysical modeling of blowing snow in a wind-tunnel allows to simulate snowdrifts. But in fact, it is impossible to reproduce cornices or snowdrifts on steep slopes and it is difficult to estimate accurately the duration of a snowstorm. Therefore, we turned towards numerical modeling. The first step in numerical modeling consists in simplifying complex mechanisms using several hypotheses; But it is necessary to confirm these hypotheses for simple cases. The use of the solid mass concentration equation in the suspension layer with a simple model for the saltation layer gives a spatial distribution of the particles concentration very close to the experimental data obtained in a wind-tunnel. But in the case of the snow, the obtained relation between height and concentration seems to be called in question by Mellor and Fellers (using Dingle's experimental data) especially for low wind speeds. But it's advisable to take snowfalls into account. That's why we use numerical modeling and experimental data. That way, we establish the validity of the theory and we obtain the values of the Schmidt's number, the terminal velocity and the reference concentration. But unlike the spatial distribution of the particles concentration, we note differences concerning the transitionary phase leading to saturation. We can explain this fact by the modification of the "splash function" depending on the particle shape and cohesion and the distribution of the particles size. / Le transport de la neige par le vent entraîne la formation d'accumulations génératrices d'avalanches, d'où la nécessité de prévoir spatialement ces zones. Dans un contexte haute-montagne, la modélisation physique a montré ses limites et l'on s'oriente actuellement vers la modélisation numérique. La première étape de la modélisation numérique consiste en une simplification des mécanismes complexes par l'intermédiaire d'hypothèses qu'il convient toutefois de valider pour des configurations simples connues. L'équation de transport des particules couplée à un modèle de saltation simple permet d'obtenir des profils de concentration de particules à saturation qui ont été validés par des mesures en soufflerie. Cependant dans le cas de la neige, la relation puissance théorique obtenue entre concentration et hauteur est remise en question par Mellor et Fellers (à partir des données expérimentales de Dingle en Antarctique) dans le cas des faibles vitesses de vent. Il convient cependant de tenir compte des chutes de neige, ce qui est fait ici à partir du modèle numérique développé couplé à un retraitement des données de Dingle. Ceci nous permet de valider la théorie développée pour la neige et nous permet d'obtenir les valeurs de vitesse de chute, nombre de Schmidt et concentration de référence. Ces valeurs pourront être utilisées dans les développements ultérieurs du modèle numérique. Cependant si le modèle utilisé permet de reproduire correctement le profil de concentration de particules de neige à saturation, on note des différences importantes quant à la longueur de la zone nécessaire à l'obtention de la saturation. Ce dernier point peut s'expliquer par la modification de la fonction " splash " en fonction des paramètres de forme, de cohésion, de granulométrie, paramètres qui justement différencient la neige des particules sphériques idéales habituellement utilisées dans les modélisations