Mieux comprendre et prédire le comportement de la neige_

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Des ingénieurs de l’Université du Luxembourg travaillent en collaboration avec des scientifiques du WSL Institut pour l’étude de la neige et des avalanches SLF en Suisse en vue de mieux analyser les propriétés mécaniques de la neige. Le projet a pour objectif d’élaborer un modèle informatique pouvant contribuer à résoudre des problèmes techniques typiques liés à la neige. En prédisant le comportement de la neige, le modèle pourrait par exemple permettre d’anticiper les avalanches, de déterminer la charge causée par la neige sur les bâtiments ou de calculer la traction des véhicules sur des surfaces couvertes de neige.

Après avoir étudié plusieurs scénarios d’inondation, élaboré une méthode mathématique innovante afin de simuler le flux de débris et prédit son impact mécanique sur les bâtiments et les structures, Bernhard Peters, professeur en thermodynamique et dynamique des fluides et responsable de l’équipe de recherche LuXDEM au sein de la Faculté des Sciences, de la Technologie et de la Communication (FSTC), a élargi ses activités de recherche aux simulations de la neige.

Le professeur Peters et son équipe de recherche développent actuellement un modèle capable de calculer les propriétés et le comportement des masses de neige qui sont soumises à des taux élevés de déformation, en se basant sur la structure des particules microscopiques de la neige. « Un tel modèle possède plusieurs avantages par rapport aux modèles traditionnels. Tout d’abord, notre modèle peut directement intégrer des informations microstructurelles. Ensuite, il prend en compte les contacts et les liaisons qui se forment entre les grains de neige. Enfin, il peut explicitement prendre en considération les importants déplacements et le réarrangement des grains de neige au cours de la déformation. Par conséquent, ce modèle particulaire prend explicitement en considération l’ensemble des processus physiques à micro-échelle pertinents », explique Bernhard Peters.

Afin de valider ce nouveau modèle, le professeur Peters a rassemblé des experts du domaine issus de l’un des instituts mondialement réputés en matière de recherche sur la neige, à savoir le WSL Institut pour l’étude de la neige et des avalanches SLF, situé à Davos-Dorf, en Suisse. « Le projet combine les compétences complémentaires des deux groupes de recherche associés, le Luxembourg étant un expert en modélisation discrète d’éléments et la Suisse en recherche tomographique et en mesure expérimentale des caractéristiques de la neige », ajoute le professeur Peters.

Ce projet binational a été officiellement lancé lors d’une réunion de lancement le 8 décembre 2016, et est financé par le Fond National de la Recherche Luxembourg (FNR) et le Swiss National Science Foundation (SNSF) pour une période de 3 ans.

Info www.uni.lu

Ingenieure der Universität Luxemburg arbeiten gemeinsam mit Wissenschaftlern des WSL-Institutes für Schnee- und Lawinenforschung SLF in der Schweiz für eine bessere Analyse der mechanischen Eigenschaften von Schnee. Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Computermodells, das bei der Lösung typischer technischer Probleme im Zusammenhang mit Schnee hilft. Das Modell kann beispielsweise dazu verwendet werden, Lawinen vorherzusagen, die Schneelast auf Gebäuden zu ermitteln oder die Traktion von Fahrzeugen auf schneebedeckten Oberflächen zu berechnen, indem das Verhalten von Schnee vorhergesagt wird.

Nach zahlreichen Forschungen im Zusammenhang mit Hochwasserszenarien und der Entwicklung einer innovativen mathematischen Methode zur Simulation des Transports von Treibgut und zur Vorhersage seiner Auswirkungen auf Gebäude und andere Bauwerke hat Bernhard Peters, Professor für Thermo- und Fluiddynamik und Leiter des LuXDEM-Forschungsteams an der Fakultät für Naturwissenschaften, Technologie und Kommunikation (FSTC) seine Forschungstätigkeiten auf den Bereich Schneesimulation ausgedehnt.

Prof. Dr. Peters und sein Forschungsteam arbeiten derzeit an der Entwicklung eines Modells, das anhand der Struktur der mikroskopischen Schneepartikel das Verhalten und die Eigenschaften von Schneemassen unter Druck berechnet. „Dieses Modell bietet zahlreiche Vorteile gegenüber herkömmlichen Schneemodellen. Erstens können mit einem unserem Modell Informationen zu der Mikrostruktur der Schneepartikel direkt einbezogen werden. Zweitens berücksichtigt es Kontakte und Bindungen zwischen den Schneekörnern. Drittens lassen sich mit dem Modell die umfangreichen Verschiebungen und Neuanordnung von Schneekörnern während der Deformation eindeutig beschreiben. Somit enthält unser Partikel-Modell alle wichtigen physikalischen Prozesse“, erklärt Bernhard Peters.

Zur Validierung dieses neuen Modells hat Prof. Dr. Peters Experten dieses Gebiets von einem der weltweit renommiertesten Schneeforschungsinstitute, dem WSL-Institut für Schnee- und Lawinenforschung SLF in Davos Dorf in der Schweiz, involviert. „Mit dem Projekt wird das sich gegenseitig ergänzende Expertenwissen der zwei beteiligten Forschungsgruppen zusammengetragen. Luxemburg nimmt dabei die Expertenrolle im Bereich Diskrete-Elemente-Modelle ein und die Schweiz in der tomografischen Untersuchung und der experimentellen Messung von Schneeeigenschaften“, fügt Prof. Dr. Peters hinzu.

Das Zwei-Länder-Projekt wurde offiziell am 8. Dezember 2016 bei einem Kick-off-Meeting ins Leben gerufen und wird vom luxemburgischen Nationalen Forschungsfonds (FNR) und demSchweizerischen Nationalfonds (SNSF) für einen Zeitraum von drei Jahren finanziert.

Information seitens der Uni Luxemburg.

Kontakt für weitere Informationen: Prof. Dr. Bernhard Peters, E. bernhard.peters@uni.lu, T. +352 46 66 44 5496

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