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Section 60 - Mécanique, génie mécanique, génie civil

Les thèses se rapportant à la section CNU "Section 60 - Mécanique, génie mécanique, génie civil"

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  • Procedures for the rheological characterization of the nonlinear behaviour of complex fluids in shear and squeeze flows    - Coblaş Daniela Georgeta  -  01 novembre 2012

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    L'avance technologique a encouragé, au cours de la dernière décennie, la fabrication et l'utilisation de nouveaux matériaux, ayant des propriétés innovantes et un comportement complexe. Leur développement a été conditionné par la nécessité d'augmenter l'efficacité de certains procédés technologiques, dans des domaines importants tels que la médecine, la fabrication de médicaments, de produits cosmétiques, de produits alimentaires, la production d'énergie, le recyclage des matériaux usagés, par exemple par l'industrie des transports dont la construction automobile. Dans le cadre de cette étude, nous nous sommes intéressés au comportement de fluides issus de ces matériaux complexes. En effet, leur développement, leur production et leur utilisation sont conditionnés par la compréhension et la modélisation de leur rhéologie, tant au niveau macroscopique que microscopique, voire même nanométrique. La rhéologie d'un fluide est implicitement déterminée par ses propriétés de viscosité, d'élasticité et de plasticité. Un grand intérêt a toujours été porté au comportement viscoélastique des matériaux, la viscoélasticité d'une matière étant la propriété à manifester simultanément un comportement rhéologique visqueux et élastique, quand elle est soumise à une déformation, en raison de l'application d'une tension. La caractérisation rhéologique d'un liquide suppose la détermination du tenseur de tension supplémentaire, présent dans l'équation de mouvement, provenant de mesures rhéométriques. L'expression de ce tenseur, qui dépend de la déformation et de la vitesse de déformation, s'appelle la relation ou loi constitutive. La détermination du comportement rhéologique des fluides,

  • Étude expérimentale et numérique des joints hydrauliques    - Crudu Monica  -  30 octobre 2012

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    Ce travail est une contribution à l'étude du comportement des joints en translation. Un modèle numérique, basé sur la théorie inverse, est développé pour en prédire les performances. La principale contribution consiste dans le traitement des effets hydrodynamiques liés à la région d'entrée du contact. Les résultats numériques sont ensuite validés par comparaison avec les mesures expérimentales. Ces dernières sont obtenues sur un dispositif original, conçu et réalisé au laboratoire INOE 2000 IHP de Bucarest. Ce banc reproduit les conditions réelles de fonctionnement d'un joint hydraulique et permet de mesurer la force de frottement à pression et vitesse constantes. La comparaison des résultats numériques et expérimentaux a été effectuée pour un joint de tige en forme de "U" à des pressions de service comprises entre 4 MPa et 20 MPa et pour deux vitesses de translation. Dans un premier temps, on a idéalisé le problème en considérant que les surfaces en contact tige-joint sont lisses. Si l'épaisseur du film est supérieure à la rugosité de la tige, les résultats numériques qu'on a obtenus sont en bonne corrélation avec les résultats expérimentaux. Dans le cas contraire, le modèle doit être amélioré. Cette amélioration a été entreprise de manière originale. En effet, la théorie inverse est appliquée à la distribution de pression statique du contact obtenue à partir de la simulation par éléments finis de l'assemblage d'un joint rugueux et d'un arbre lisse. La rugosité moyenne (Ra) de la surface du joint en contact avec la tige a été choisie égale à la rugosité moyenne mesurée du joint étudié. Les résultats ainsi obtenus améliorent sensiblement la corrélation avec les mesures e

  • Réponse d'un jet rond subsonique à une excitation fluidique stationnaire et instationnaire    - Maury Rémy  -  25 octobre 2012

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    Ce travail tente d'analyser la réponse d'une jet axisymétrique turbulent à une excitation fluidique stationnaire et instationnaire lorsque le contenu fréquentiel et aziumutal (!,m) de la perturbation est maîtrisé. Le dispositif de contrôle utilisé est composé de 16 microjets ronds répartis sur le bord de fuite de la tuyère. L'utilisation des microjets provoque une réduction du champ acoustique rayonné (particulièrement pour le cas de contrôle stationnaire). Le champ aérodynamique est ensuite sondé grâce à des mesures fil chaud et PIV stéréoscopique résolue en temps. L'excitation instationnaire permet d'utiliser les moyennes de phase afin d'effectuer une décomposition triple du champ de vitesse. L'étude de la composante cyclique de la “réponse du jet” montre une synchronisation spatio-temporelle importante sur une grande étendue spatiale. En d'autres mots, le forçage a une grande autorité déterministe sur l'écoulement. De plus, la comparaison de la composante cyclique de la réponse du jet avec la théorie de la stabilité linéaire indique qu'il existe des ondes d'instabilité hydrodynamique au sein du jet. L'analyse du jet contrôlé par injection fluidique stationnaire montre ensuite comment l'effet du contrôle peut être expliqué par la déformation du champ moyen conduisant à la réduction du taux de croissance des ondes d'instabilité dans le jet. Cette déformation est dûe à l'introduction d'un couple de paramètre (nombre d'onde/fréquences) pour lequel le champ moyen de l'écoulement est stable. La réponse du jet étant turbulente, cela implique que les tensions de Reynolds déforment le champ moyen de manière à ce que les modes les plus instables aient des taux de croissance plus faibles.

  • Modélisation statistique des écoulements turbulents en convection forcée, mixte et naturelle    - Dehoux Frédéric  -  18 octobre 2012

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    L'objectif général de la thèse est d'améliorer la modélisation numérique RANS des flux thermiques turbulents notamment en proposant un modèle fonctionnant dans les trois régimes de convection thermique (forcée, mixte et naturelle). Pour ce faire, un état des lieux, non exhaustif, des modèles des flux thermiques utilisant les approches algébriques et à équations de transport, est effectué. Puis, le modèle EB-RSM (Elliptic Blending-Reynolds Stress Model) étant utilisé pour modéliser la turbulence, le principe de la pondération elliptique est appliqué aux modèles des flux thermiques turbulents algébriques EB-GGDH (EB-General Gradient Diffusion Hypothesis), EB-AFM (EB-Algebraic Flux Model) et à équations de transport EB-DFM (EB-Differential Flux Model). Une attention particulière a été apportée aux échelles de temps et de longueur utilisées pour ces modèles. Il en résulte qu'utiliser une échelle de longueur thermique différente de l'échelle de longueur dynamique et une échelle de temps mixte dans le terme de flottabilité de l'équation de la dissipation turbulente est préférable. Pour valider les formulations retenues, nous avons effectué des tests pour des fluides usuels (nombre de Prandtl de l’ordre de 1) dans les trois régimes de convection à l'aide de l'outil de calcul Code_Saturne sur des configurations académiques, semi-académiques et industrielles. Des résultats satisfaisants ont été obtenus en associant l'EB-RSM et le GGDH en convection forcée ou mixte et l'EB-RSM aux modèles EB-DFM et AFM en convection naturelle.

  • Simulation numérique du contrôle de décrochage dynamique d'un profil en oscillation de tangage    - Joubert Gilles  -  12 octobre 2012

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    L'enveloppe de vol des hélicoptères est limitée par le décrochage dynamique, que le contrôle d'écoulement permet de surmonter. Malgré de nombreuses études, aucun dispositif de contrôle ne s'est révélé utilisable sur un rotor. Conçu par l'ONERA, un Vortex Generator déployable (DVG) s'est révélé efficace pour limiter les effets du décrochage dynamique d'un profil OA209 en oscillation de tangage. Mais l'étude de cet actionneur est nécessaire avant son application. Le travail exposé dans le présent mémoire s'attache à reproduire par simulations numériques l'écoulement du décrochage dynamique contrôlé par DVG afin d'identifier les phénomènes physiques en jeu. Après une première partie bibliographique dédiée au contrôle de décrochage dynamique et aux Vortex Generators, une seconde partie a été consacrée à valider et étudier la simulation numérique du contrôle du décrochage statique. L'écoulement induit a pu être ainsi caractérisé par les interactions tourbillonnaires présentes du fait de l'épaisseur du DVG et qui réduisent l'efficacité du contrôle. Cette analyse a permis d'élaborer une modélisation préliminaire du DVG. Dans une troisième partie, la validation et l'étude de la simulation numérique du contrôle du décrochage dynamique a mis en évidence un effet de contrôle similaire au cas statique, et la décomposition en modes propres orthogonaux de l'écoulement contrôlé a montré une altération du mode lié au tourbillon de décrochage dynamique. Ce travail valide la simulation numérique mise en place, laisse entrevoir des perspectives d'amélioration du dispositif de contrôle et permet la simulation numérique ultérieure du contrôle de décrochage dynamique de voilure tournante.

  • Sur la stabilité globale des jets coaxiaux tournants    - Hairoud Asmaa  -  02 octobre 2012

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    Ce travail porte sur l'étude expérimentale et numérique de jets coaxiaux de rapports de vitesses débitantes intérieure/extérieure) inférieurs à l’unité, présentant une rotation dans le jet annulaire. Dans un premier temps, des visualisations par tomographie laser ont été réalisées dans les plans méridien et transversaux permettant une description tridimensionnelle de l'écoulement. Pour différents nombres de Reynolds, de rapport de vitesses et de nombre de Swirl, un inventaire des modes dominants a pu être établi. Les champs instantanés de vitesses ont ensuite été mesurés par Vélocimétrie par Imagerie de Particules (PIV). Les résultats de mesures de vitesses longitudinales et azimutales moyennées en temps sont présentés. Une comparaison avec les structures observées par tomographie est proposée. Une décomposition de Fourier a été effectuée permettant d'identifier les modes dominants ainsi que leur position dans la direction radiale. L'approche expérimentale a été suivie par une analyse de stabilité linéaire. Une attention particulière est portée sur l'état de base stationnaire reconstruit à partir des profils de vitesses mesurées par PIV à la sortie du jet. Étant donné que l'écoulement est non parallèle, une approche globale de la stabilité est utilisée. L'étude de la stabilité est basée sur la résolution numérique des équations de Navier-Stokes par des méthodes pseudo-spectrales. L'objectif de cette analyse est de retrouver la carte en mode de Fourier azimutaux observée expérimentalement. Nous nous sommes donc intéressés au taux de croissance le plus élevé de la perturbation pour chaque mode azimutal ainsi qu'à la nature convective/ absolue des modes. Pour finir, une com

  • Modification de l'écoulement turbulent au sein de passes à poissons à fentes verticales par l'insertion d'obstacles    - Bourtal Badreddine  -  06 juillet 2012

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    L'étude de l'écoulement turbulent au sein des passes à fentes verticales est nécessaire afin d'améliorer ces dispositifs de franchissement contenant des barrières physiques aux mouvements migratoires des poissons. En effet, les études menées sur les passes existantes ont montré leurs limites pour permettre le franchissement des petites espèces de poissons avec des faibles capacités de nage. L'objectif de notre étude est d'adapter l'écoulement turbulent dans la passe aux capacités de nage des poissons. Des mesures de vitesse bidimensionnelle par Vélocimétrie par Imagerie de Particules (PIV) et les mesures de vitesse tridimensionnelle par Vélocimétrie Acoustique par effet Doppler (ADV) ont montré que les grandeurs cinématiques de l'écoulement au sein des passes existantes sont très importantes et donc affectent les capacités de nages des petites espèces de poissons. Une des stratégies pour répondre à ce problème est d'introduire des obstacles de forme cylindrique au sein des bassins de la passe à poissons. L'insertion de ces cylindres a pour objectif de réduire les quantités cinématiques de l'écoulement turbulent au sein de la passe afin d'adapter cet ouvrage au passage des petites espèces de poissons. Cette stratégie nécessite une méthode d'optimisation afin de trouver l'emplacement idéal des cylindres à partir de simulations numériques de l'écoulement (logiciel Star-CD).

  • Wavepackets as sound-source mechanisms in subsonic jets    - Cavalieri André Valdetaro Gomes  -  18 juin 2012

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    On considère les paquets d'ondes hydrodynamiques comme mécanismes de génération de bruit des jets subsoniques. Cette approche résulte tout d'abord de l'analyse de données numériques - DNS d'une couche de mélange (Wei et Freund 2006) et LES d'un jet à Mach 0,9 (Daviller 2010) - permettant de déterminer les propriétés des sources en termes de compacité, d'intermittence et de structure azimutale. L'identification d'un rayonnement intermittent associé aux modifications des structures cohérentes des écoulements permet de proposer un modèle de paquet d'onde pour représenter ce phénomène dans l'analogie de Lighthill, dont l'enveloppe présente des variations temporelles d'amplitude et d'étendue spatiale. Celles-ci sont tirées de données de vitesse de simulations numériques de jets subsoniques, et un accord de l'ordre de 1,5dB entre le champ acoustique simulé et le modèle confirme sa pertinence. L'exploration du concept proposé est ensuite poursuivie expérimentalement, avec des mesures de pression acoustique et de vitesse de jets turbulents subsoniques, permettant la décomposition des champs en modes de Fourier azimutaux. On observe l'accord des directivités des modes 0, 1 et 2 du champ acoustique avec le rayonnement d'un paquet d'onde. Les modes 0 et 1 du champ de vitesse correspondent également à des paquets d'onde, modélisés comme des ondes d'instabilité linéaires à partir des équations de stabilité parabolisées. Finalement, des corrélations de l'ordre de 10% entre les modes axisymétriques de vitesse dans le jet et de pression acoustique rayonnée montrent un lien clair entre les paquets d'onde et l'émission acoustique du jet.

  • Incompressibilité et conditions aux limites dans la méthode Smoothed particle hydrodynamics    - Machrouki Hicham  -  23 mars 2012

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    Nous présentons une méthode numérique particulaire pour résoudre les équations de Navier-Stockes en formulation vitesse-pression pour la modélisation bidimensionnelle des écoulements incompressibles en présence d'obstacles. Cette méthode s'appuie sur la formulation Smoothed particles hydrodynamics pour le calcul du transport des moments. L'absence de maillage structuré permet de traiter des domaines d'écoulement avec des frontières complexes. Par ailleurs, le calcul du champ de pression est réalisé par la résolution d'une équation de poisson assurant l'incompressibilité de l'écoulement et les conditions aux limites sont renforcées par l'utilisation de la méthode des intégrales de frontières. Cette dernière méthode est connue pour être pénalisante en termes de temps CFU. Pour remédier à ce problème, les contributions des termes sources de l'équation de poisson pour la pression et de l'équation de Helmhotz généralisée pour la vitesse sont calculées en superposant une grille cartésienne au domaine de l'écoulement et en utilisant une méthode de différences finies. Les différentes étapes de construction de la méthode que nous proposons ont été validées par l'étude de plusieurs cas académiques parmi lesquels l'écoulement dans une cavité, la rupture de barrage ou encore l'écoulement derrière un cylindre. En plus de son utilisation classique pour la modélisation des écoulements, notre méthode a été utilisée pour reconstruire les champs de vitesse et de pression à partir d'un champ de vitesse mesurée expérimentalement par PIV et appliquée au cas de l'écoulement autour d'un profil NACA en mouvement.

  • Inférence bayésienne pour la reconstruction d'écoulements complexes. Application au profil NACA0012    - Leroux Romain  -  16 mars 2012

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    Cette thèse se place dans le cadre de la calibration de modèles réduits d'écoulement à partir de séquences expérimentales acquises par PIV (Particle Image Velocimetry) résolues en temps autour d'un profil NACA0012 à différents angles d'incidence et nombres de Reynolds. Le formalisme utilisé est celui du modèle réduit POD-Galerkin déterminé par projection de Galerkin des équations de Navier-Stokes sur la base des fonctions propres déterminées par la POD (Proper Orthogonal Decomposition). Un modèle à espace d'état régissant l'évolution des variables d'état du modèle réduit POD-Galerkin et mesurant de manière directe ou indirecte une partie ou l'ensemble de ces variables d'état est alors utilisé pour résoudre le problème de l'estimation de l'état au cours du temps du modèle réduit POD-Galerkin. L'inférence bayésienne sur le modèle réduit POD-Galerkin en fonction de différents jeux d'observations est proposée. Une première partie est consacrée à l'application d'estimateurs bayéesiens issus de l'assimilation séquentielle de données sur le modèle réduit POD-Galerkin linéaire et quadratique dans le cas où l'ensemble des observations est pris en compte. Les estimateurs bayésiens utilisés sont les filtres de Kalman linéaire et d'ensemble EnKF. Ces filtres de Kalman sont validés expérimentalement sur les champs de vitesse d'écoulements. Ils permettent en effet au modèle réduit de restituer la dynamique de l'écoulement considéré au cours du temps et de reconstruire un pourcentage significatif de l'écoulement. La seconde partie traite de la reconstruction de champs de vitesse manquants après un sous-échantillonnage des données. Les coefficients manquants sont ensuite reconstruits à l'aide de l'algorithme EM (Expectation Maximization) qui procède par maximisation d'une vraisemblance calculée au moyen d'un filtrage et lissage de Kalman linéaire. Différents types de sous-échantillonnage des snapshots ont été ensuite testés. Une dernière partie est consacrée au filtrage stochastique du modèle réduit POD-Galerkin à l'aide du filtre EnKF en fonction d'observations de natures physiques différentes. Le signal utilisé pour les observations est un signal de tension obtenu par anémométrie à film chaud en aval du profil NACA0012. En raison de la très forte colinéarité des signaux obtenus par film chaud, la régression PLS (Partial Least Square) a été mise en place pour définir un opérateur linéeaire des observations dans le filtre de Kalman EnKF.Des résultats concernant l'utilisation et l'application de la PLSR avec le filtre EnKF sont présentés. Ces méthodes sont ensuite validées expérimentalement pour la reconstruction de champs de vitesse d'écoulements d'une des configurations étudiées.

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