Modélisation numérique des écoulements atmosphériques stratifiés PDF Download
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Author: Stéphane Pugliese
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AFIN DE MODELISER L'INFLUENCE DE LA STRATIFICATION THERMIQUE SUR L'ETENDUE D'UN PANACHE DE FUMEE, UN MODELE DE TURBULENCE DE TYPE K-EPSILON EST ADAPTE A LA SIMULATION DE TELS ECOULEMENTS. APRES AVOIR INTRODUIT LES PRINCIPES PHYSIQUES LIES AUX ECOULEMENTS ATMOSPHERIQUES STRATIFIES, UNE NOUVELLE FONCTION DE PONDERATION DU TERME DE PRODUCTION D'ORIGINE THERMIQUE DANS L'EQUATION DU TAUX DE DISSIPATION EST PROPOSEE. CE TERME PREND EN COMPTE L'ETAT LOCAL DE STRATIFICATION DE L'ATMOSPHERE. L'ANALYSE NUMERIQUE DU MODELE K-EPSILON SUR UN EXEMPLE MONODIMENSIONNEL CONDUIT A LA RESOLUTION DE CE SCHEMA NUMERIQUE PAR UNE METHODE PSEUDO-INSTATIONNAIRE. LA FONCTION DE PONDERATION EST VALIDEE DANS LE CADRE DES RESULTATS OBTENUS DANS LA COUCHE ATMOSPHERIQUE DE SURFACE. ENFIN PLUSIEURS EXEMPLES DE L'INFLUENCE DE L'ETAT DE STRATIFICATION THERMIQUE SUR LA DIFFUSION DU PANACHE SONT SIMULES.
Author: Stéphane Pugliese
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AFIN DE MODELISER L'INFLUENCE DE LA STRATIFICATION THERMIQUE SUR L'ETENDUE D'UN PANACHE DE FUMEE, UN MODELE DE TURBULENCE DE TYPE K-EPSILON EST ADAPTE A LA SIMULATION DE TELS ECOULEMENTS. APRES AVOIR INTRODUIT LES PRINCIPES PHYSIQUES LIES AUX ECOULEMENTS ATMOSPHERIQUES STRATIFIES, UNE NOUVELLE FONCTION DE PONDERATION DU TERME DE PRODUCTION D'ORIGINE THERMIQUE DANS L'EQUATION DU TAUX DE DISSIPATION EST PROPOSEE. CE TERME PREND EN COMPTE L'ETAT LOCAL DE STRATIFICATION DE L'ATMOSPHERE. L'ANALYSE NUMERIQUE DU MODELE K-EPSILON SUR UN EXEMPLE MONODIMENSIONNEL CONDUIT A LA RESOLUTION DE CE SCHEMA NUMERIQUE PAR UNE METHODE PSEUDO-INSTATIONNAIRE. LA FONCTION DE PONDERATION EST VALIDEE DANS LE CADRE DES RESULTATS OBTENUS DANS LA COUCHE ATMOSPHERIQUE DE SURFACE. ENFIN PLUSIEURS EXEMPLES DE L'INFLUENCE DE L'ETAT DE STRATIFICATION THERMIQUE SUR LA DIFFUSION DU PANACHE SONT SIMULES.
Author: BRUNO.. ABART
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Pages : 414
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CETTE THESE CONCERNE LA MODELISATION STATISTIQUE DE LA TURBULENCE SOUMISE A UNE STRATIFICATION THERMIQUE. S'INSCRIVANT DANS LA PERSPECTIVE D'APPLICATIONS A LA SIMULATION NUMERIQUE D'ECOULEMENTS A L'ECHELLE URBAINE, CE TRAVAIL PORTE ESSENTIELLEMENT SUR LA MODELISATION STATISTIQUE AU PREMIER ORDRE. AFIN DE MINIMISER LES EFFETS DE DIFFUSION NUMERIQUE, UNE METHODE DE DISCRETISATION DIRECTE DES OPERATEURS, PRECISE AU SECOND ORDRE SUR MAILLAGE CURVILIGNE, EST CONSTRUITE ET VALIDEE. L'ANALYSE DES EQUATIONS STATISTIQUES DU TENSEUR DE REYNOLDS, DU FLUX DE CHALEUR ET DE LA VARIANCE DE TEMPERATURE, PT2, EN STRATIFICATION STABLE CONDUIT A UNE REPRESENTATION CONCEPTUELLE DE L'ANISOTROPISATION DE LA TURBULENCE ET DES ECHANGES ENTRE L'ENERGIE CINETIQUE TURBULENTE, TKE, ET L'ENERGIE POTENTIELLE. A L'AIDE DE CETTE REPRESENTATION, RESUMEE PAR UNE ANALOGIE HYDRAULIQUE, UN MODELE TKE-EPS, OU EPS EST LE TAUX DE DISSIPATION DE TKE, POUR LA STRATIFICATION STABLE ET UN MODELE A CINQ EQUATIONS DE TRANSPORT SONT CONSTRUITS. UNE SECONDE STRATEGIE CONSISTE A EFFECTUER UN DEVELOPPEMENT LIMITE DES CORRELATIONS TURBULENTES AUTOUR DE L'ETAT D'ISOTROPE EN FONCTION DE L'ECHELLE DE TEMPS DE LA TURBULENCE TAU = TKE/EPS. CETTE APPROCHE, APPLIQUEE AUX EQUATIONS DE TRANSPORT D'UN MODELE DE SECOND ORDRE, CONDUIT A UN MODELE NON LINEAIRE ORIGINAL UTILISANT LES EQUATIONS DE TRANSPORT POUR TKE, EPS ET PT2. CE DERNIER MODELE EST EXPLICITE ET QUADRATIQUE EN TAU. CONTRAIREMENT AUX MODELES EXPLICITES USUELS QUI SE LIMITENT AUX TERMES QUADRATIQUES HOMOGENES DE LA DYNAMIQUE, IL PRESENTE EXPLICITEMENT LES COUPLAGES DE LA DYNAMIQUE ET DE LA THERMIQUE, ET LES TERMES D'HETEROGENEITE. CES TROIS MODELES ET LES MODELES CLASSIQUES DE PREMIER ET SECOND ORDRE DE LA LITTERATURE SONT ANALYSES SUR UN ECOULEMENT DE REFERENCE TURBULENT, CISAILLE ET STRATIFIE STABLE ETUDIE PAR KALTENBACH ET AL., 1994. LA SIMULATION DE DEUX ECOULEMENTS ATMOSPHERIQUES, PRESENTANT DE FORTES HETEROGENEITES DANS LA COUCHE DE SURFACE, PERMETTENT UNE PREMIERE QUALIFICATION DE CES MODELES POUR L'ATMOSPHERE URBAINE : _ L'EVOLUTION DIURNE DE LA COUCHE LIMITE DE WANGARA (CLARK ET AL., 1971), _ LE DEVELOPPEMENT DE LA TEMPETE DE BOULDER (LILLY ET ZIPSER, 1972). POUR CES ECOULEMENTS DE REFERENCE, LE MODELE NON LINEAIRE A TROIS EQUATIONS SE REVELE LE PLUS APTE A DECRIRE LE COMPORTEMENT DE LA TURBULENCE SOUMISE A UNE STRATIFICATION THERMIQUE.
Author: Cédric Dall'Ozzo
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La modélisation par simulation des grandes échelles (Large-Eddy Simulation - LES) des processus physiques régissant la couche limite atmosphérique (CLA) demeure complexe de part la difficulté des modèles à capter l'évolution de la turbulence entre différentes conditions de stratification. De ce fait, l'étude LES du cycle diurne complet de la CLA comprenant des situations convectives la journée et des conditions stables la nuit est très peu documenté. La simulation de la couche limite stable où la turbulence est faible, intermittente et qui est caractérisée par des structures turbulentes de petite taille est tout particulièrement compliquée. En conséquence, la capacité de la LES à bien reproduire les conditions météorologiques de la CLA, notamment en situation stable, est étudiée à l'aide du code de mécanique des fluides développé par EDF R&D, Code_Saturne. Dans une première étude, le modèle LES est validé sur un cas de couche limite convective quasi stationnaire sur terrain homogène. L'influence des modèles sous-maille de Smagorinsky, Germano-Lilly, Wong-Lilly et WALE (Wall-Adapting Local Eddy-viscosity) ainsi que la sensibilité aux méthodes de paramétrisation sur les champs moyens, les flux et les variances est discutées. Dans une seconde étude le cycle diurne complet de la CLA pendant la campagne de mesure Wangara est modélisé. L'écart aux mesures étant faible le jour, ce travail se concentre sur les difficultés rencontrées la nuit à bien modéliser la couche limite stable. L'impact de différents modèles sous-maille ainsi que la sensibilité au coefficient de Smagorinsky ont été analysés. Par l'intermédiaire d'un couplage radiatif réalisé en LES, les répercussions du rayonnement infrarouge et solaire sur le jet de basse couche nocturne et le gradient thermique près de la surface sont exposées. De plus l'adaptation de la résolution du domaine à l'intensité de la turbulence et la forte stabilité atmosphérique durant l'expérience Wangara sont commentées. Enfin un examen des oscillations numériques inhérentes à Code_Saturne est réalisé afin d'en limiter les effets.
Author: Joris Picot
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Pages : 157
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La prise en compte des traînées de condensations (contrails) dans les modèles de grande échelle requiert une paramétrisation. Cependant, les données actuelles sont insuffisantes pour cette paramétrisation. La simulation numérique détaillée d'un contrail complète les données et elle contribue à mieux définir ces paramétrisations. Les études des aéronefs ont mis en évidence le rôle de la turbulence atmosphérique dans la dynamique des tourbillons de sillage. Pourtant, la majorité des simulations numériques de contrails réalisées à ce jour utilisent une représentation simplifiée et paramétrée de cette turbulence, plutôt que de la résoudre explicitement. Le travail réalisé ici consiste à mettre en place une simulation de contrail avec une résolution tridimensionnelle de la turbulence atmosphérique. Dans un premier temps, une méthode de forçage stochastique a été mise en place pour engendrer des écoulements turbulents dans un milieu stratifié, et on montre la capacité de cette méthode à reproduire la turbulence de l'atmosphère. Dans un second temps, une simulation de contrail a été mise en place en utilisant la turbulence atmosphérique engendrée précédemment. Les effets du niveaux de turbulence, de la température et de la saturation en vapeur d'eau sur le contrail sont étudiés pour les quatre premières minutes : la turbulence contrôle la destruction des tourbillons de sillage, alors que la saturation et la température contrôlent la persistance et le taux de formation de glace. Les propriétés microphysiques et optiques obtenues sont en accord avec les observations et des lois sont proposées pour adapter ces propriétés aux paramétrisations des modèles de grande échelle.
Author: Abdeljalil Laassibi
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L'objectif de cette étude est de simuler numériquement le comportement des écoulements turbulents dilatables par la méthode des éléments finis. Le choix de la méthode a été adopte pour divers aspects numériques, entre autres sa capacité à décrire les géométries complexes. Après traitement statistique des équations de conservation de la masse, quantité de mouvement et l'équation d'énergie, l'analyse conduit naturellement au problème de fermeture des termes traduisant les effets de compressibilité. Tout d'abord quelques approximations de base ont été introduites afin d'analyser les termes lies aux fluctuations de masse volumique. Ensuite deux types de modélisation ont été établis pour le terme traduisant l'effet d'interaction entre les fluctuations de masse volumique et le gradient de pression moyenne. L’étude montre entre autres, le rôle joue par ce gradient pour les écoulements pesants. Enfin, l'insuffisance du modèle classique (k-) (base sur des scalaires dont aucun n'est représentatif de l'anisotropie) nous a conduit à formuler un modèle algébrique simple tenant compte de l'effet anisotrope de la gravite sur la turbulence. Les applications traitées concernent l'épanouissement d'un jet chaud dans l'atmosphère au repos et l'étude du comportement de la couche atmosphérique cinématique et thermique. Les résultats obtenus ont été confrontes a des expériences ou a des calculs tires de littérature
Author: CLAIRE.. SOLIGNAC
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LE BUT DE CETTE THESE EST D'ELABORER UN MODELE NUMERIQUE POUVANT SIMULER LES ECOULEMENTS ATMOSPHERIQUES SUR DES RELIEFS. UN RAPPEL DES PHENOMENES ATMOSPHERIQUES POUVANT EXISTER DANS LA NATURE (COUCHE LIMITE ATMOSPHERIQUE, STRATIFICATION THERMIQUE, TURBULENCE, ONDES DE RELIEF) EST EXPOSE AU CHAPITRE II, QUI COMPREND AUSSI UNE REVUE DES PRINCIPAUX TYPES DE MODELES UTILISES JUSQU'A PRESENT POUR TRAITER CES PHENOMENES. LE TROISIEME CHAPITRE COMPORTE UNE DESCRIPTION DES HYPOTHESES ET DES EQUATIONS NECESSAIRES A LA FORMULATION DU MODELE NUMERIQUE TRIDIMENSIONNEL DONT LA CONSTRUCTION EST DECRITE AU CHAPITRE IV. LES RESULTATS DES SIMULATIONS SONT PRESENTES AU CHAPITRE V OU DES PHENOMENES D'ONDES DE RELIEF SUR DES COLLINES GAUSSIENNES BIDIMENSIONNELLES ET TRIDIMENSIONNELLES SONT REPRODUITS NUMERIQUEMENT, AINSI QUE DES PHENOMENES DE RECIRCULATION DERRIERE CES RELIEFS. LES RESULTATS SONT COMPARES AVEC DES SOLUTIONS THEORIQUES ET DES RESULTATS D'AUTRES MODELES DE LA LITTERATURE.
Author: Louis-Étienne Boudreault
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ISBN: 9780494768587
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Languages : fr
Pages : 350
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Author: Claire Solignac
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Languages : fr
Pages : 340
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LE BUT DE CETTE THESE EST D'ELABORER UN MODELE NUMERIQUE POUVANT SIMULER LES ECOULEMENTS ATMOSPHERIQUES SUR DES RELIEFS. UN RAPPEL DES PHENOMENES ATMOSPHERIQUES POUVANT EXISTER DANS LA NATURE (COUCHE LIMITE ATMOSPHERIQUE, STRATIFICATION THERMIQUE, TURBULENCE, ONDES DE RELIEF) EST EXPOSE AU CHAPITRE II, QUI COMPREND AUSSI UNE REVUE DES PRINCIPAUX TYPES DE MODELES UTILISES JUSQU'A PRESENT POUR TRAITER CES PHENOMENES. LE TROISIEME CHAPITRE COMPORTE UNE DESCRIPTION DES HYPOTHESES ET DES EQUATIONS NECESSAIRES A LA FORMULATION DU MODELE NUMERIQUE TRIDIMENSIONNEL DONT LA CONSTRUCTION EST DECRITE AU CHAPITRE IV. LES RESULTATS DES SIMULATIONS SONT PRESENTES AU CHAPITRE V OU DES PHENOMENES D'ONDES DE RELIEF SUR DES COLLINES GAUSSIENNES BIDIMENSIONNELLES ET TRIDIMENSIONNELLES SONT REPRODUITS NUMERIQUEMENT, AINSI QUE DES PHENOMENES DE RECIRCULATION DERRIERE CES RELIEFS. LES RESULTATS SONT COMPARES AVEC DES SOLUTIONS THEORIQUES ET DES RESULTATS D'AUTRES MODELES DE LA LITTERATURE
Author: Eric Delboulbé
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Languages : fr
Pages : 189
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CETTE ETUDE EST CONSACREE A LA SIMULATION NUMERIQUE DES ECOULEMENTS ATMOSPHERIQUES SE DEVELOPPANT AUTOUR DE STRUCTURES BATIES A L'AIDE DU CODE STORM (CFD2000) AUX VOLUMES FINIS ET DE MODELES DE TURBULENCE DU PREMIER ORDRE. UNE IMPORTANTE ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE A PREALABLEMENT ETE REALISEE AFIN D'EVALUER LES LOIS DE PROFIL PROPRES AUX ECOULEMENTS ATMOSPHERIQUES, POUR LES DIVERSES VARIABLES DYNAMIQUES, THERMIQUES ET TURBULENTES, QUI SONT ENSUITE INTRODUITES DANS LES SIMULATIONS SOUS FORME DE CONDITIONS LIMITES D'ENTREE. UN TRAVAIL D'OPTIMISATION A ENSUITE EFFECTUE AFIN DE QUANTIFIER L'INFLUENCE DE PARAMETRES NUMERIQUES TELS QUE LA TAILLE DU DOMAINE DE CALCUL ET CELLE DES MAILLES PROCHES DES PAROIS DES BATIMENTS ETUDIES. LES PREMIERS RESULTATS PRESENTES MONTRENT LA DEPENDANCE DES RESULTATS DES SIMULATIONS VIS A VIS DE LA VALEUR DU NOMBRE DE REYNOLDS ET DE L'IMPORTANCE DE LA RUGOSITE DU SOL TERRESTRE AUTOUR DU BATIMENT. LES RESULTATS DE L'ETUDE CONSACREE A LA MODELISATION TURBULENTE, MONTRENT QUE LE CHOIX D'UNE VALEUR DE LA CONSTANTE C# VOISINE DE 0.02 POUR LA COUCHE LIMITE ATMOSPHERIQUE DOIT ETRE REPERCUTE SUR LA VALEUR DE LA CONSTANTE # (EN RAISON DE L'INTERDEPENDANCE DE TOUTES LES CONSTANTES APPARAISSANT DANS LE MODELE K - ). CETTE ETUDE CONFIRME EGALEMENT LE FAIT QUE L'UTILISATION DU MODELE K - RNG PERMET DE RESOUDRE EN GRANDE PARTIE LES PROBLEMES DE SURDIFFUSION DU MODELE STANDARD. LA DERNIERE ETUDE CONCERNE L'INFLUENCE DE LA STATIFICATION THERMIQUE DE LA COUCHE LIMITE ATMOSPHERIQUE. LA COMPARAISON DES SIMULATIONS BASEES SUR LES DIFFERENTES THEORIES DE SIMILITUDE DANS LE CAS STABLE MONTRE QUE CETTE PARAMETRISATION N'ENGENDRE PAS DE DIFFERENCES SIGNIFICATIVES SUR LES ECOULEMENTS AUTOUR DE BATIMENTS DE HAUTEUR INFERIEURE A 40 M. PAR CONTRE IL EST DEMONTRE QUE L'INTENSITE DE LA STRATIFICATION THERMIQUE JOUE UN ROLE IMPORTANT SUR LA STRUCTURE DE L'ECOULEMENT ETUDIE.
Author: Jean-Philippe Costes (auteur d'une thèse de Mécanique).)
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Languages : fr
Pages : 212
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CES TRAVAUX SONT DESTINES A ETABLIR DES LOIS DE PAROIS ADAPTEES A LA SIMULATION D'ECOULEMENTS AU-DESSUS DE TERRAINS FORTEMENT INHOMOGENES. L'INTERET PARTICULIER POUR LES ZONES URBAINES EST LA PRISE EN COMPTE DE LA TAILLE ET DE LA DISPOSITION DES PIECES DU PATCHWORK COMPOSE PAR LA CARTE DES DIFFERENTS QUARTIERS URBAINS. LES LOIS DE PAROIS STANDARDS DU MODELE DE RESOLUTION DES EQUATIONS DE NAVIER-STOCKES-REYNOLDS AVEC FERMETURE EN K - ONT ETE CONSTRUITES A PARTIR DES RELATIONS ANALYTIQUES D'EQUILIBRE D'UNE COUCHE LIMITE ATMOSPHERIQUE SUR UN SOL HOMOGENE INFINI, POUR LAQUELLE LES PARAMETRES D'ECHELLE DE VITESSE DE CISAILLEMENT (U*), DE LONGUEUR DE RUGOSITE (Z#O) ET DE HAUTEUR DE DEPLACEMENT (Z#D) SONT CONSTANTS. CES RELATIONS SONT ICI EXTRAPOLEES A DES SITUATIONS HORS EQUILIBRE, CHANGEMENTS DE RUGOSITE ET/OU DE HAUTEUR DE DEPLACEMENT. ON EN DEDUIT AINSI LA CONDITION A LA LIMITE INFERIEURE DU DOMAINE DE CALCUL. CE DOMAINE EST UNE BOITE CARTESIENNE ENGLOBANT LA COUCHE DE SURFACE, ET DONT LE PLANCHER EST UNE DISTRIBUTION DE RUGOSITES (Z#O ET Z#D), CENSEE RENDRE COMPTE DES PERTURBATIONS INDUITES DANS L'ECOULEMENT AMONT PAR LES CHANGEMENTS DE RUGOSITE APPARENTE DU SOL. LES SIMULATIONS CONSISTENT ALORS A RECHERCHER UNE SOLUTION STATIONNAIRE AUX EQUATIONS DE NAVIER-STOKES-REYNOLDS AVEC UNE DESCRIPTION STATISTIQUE DE LA TURBULENCE EN K - SUR UNE TELLE CONFIGURATION. LA VALIDATION DE CES LOIS DE PAROIS A ETE FAITE EN SIMULANT LE PASSAGE D'UNE COUCHE LIMITE ATMOSPHERIQUE SUR UN FRONT DE RUGOSITE 2-D POUR DIFFERENTS RAPPORTS Z#O#-#A#V#A#L / Z#O#-#A#M#O#N#T, PUIS SUR UN ILOT DE RUGOSITE, TOUJOURS EN 2-D. L'EXPLOITATION DE CES RESULTATS A CONSISTE A ANALYSER ET PARAMETRER LES PERTURBATIONS HORIZONTALES ET VERTICALES INDUITES DANS LA COUCHE DE SURFACE PAR LES HETEROGENEITES DU SOL. LES SIMULATIONS 3-D CONCERNENT AUSSI LE PASSAGE D'UNE CLA NEUTRE SUR UN ILOT DE RUGOSITE DE FORME GEOMETRIQUE SIMPLE. CES SIMULATIONS PERMETTENT DE SUIVRE LE DEVELOPPEMENT TRANSVERSAL DES COUCHES INTERNES ET DE METTRE EVENTUELLEMENT EN EVIDENCE DES VALEURS CRITIQUES DES PARAMETRES ADIMENSIONNELS POUR LESQUELS L'ECOULEMENT SUR L'ILOT CHANGE DE REGIME AVEC DES EFFETS DE CONTOURNEMENT LATERAL DE L'ILOT. ENFIN, UN MODELE SEMI-ANALYTIQUE A ETE CONSTRUIT POUR DECRIRE LE PASSAGE D'UNE COUCHE LIMITE NEUTRE BIDIMENSIONNELLE SUR UN CHANGEMENT BRUSQUE DE RUGOSITE APPARENTE DU SOL. CE MODELE S'APPUIE SUR L'OBSERVATION SYSTEMATIQUE D'UN GRAND NOMBRE DE SIMULATIONS. IL PREDIT LA DISTRIBUTION DE VITESSE ET DE CISAILLEMENT DANS LA COUCHE INTERNE QUI SE DEVELOPPE EN AVAL DU CHANGEMENT. BASE SUR DES CONCEPTS VOISINS DE CEUX DE ELLIOT (1958) ET DE PANOFSKY & TOWNSEND (1964), CE MODELE FOURNIT UNE DESCRIPTION PLUS EXACTE ET PLUS COMPLETE DE LA COUCHE INTERNE. LES RESULTATS DE LA COMPARAISON DU MODELE AUX DONNEES EXPERIMENTALES DE BRADLEY (1968) SONT PARTICULIEREMENT ENCOURAGEANTS
