Instabilité, turbulence et contrôle

Aérodynamique et contrôle

Ecoulements tournants

Interactions fluide/structure

Turbulence plasma et MHD

Méthodes numériques et modélisation

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Présentation

Le groupe « Instabilité, Turbulence et Contrôle» développe des analyses prédictives basées sur des approches numériques et théoriques dans des domaines d'applications centrées sur le transport, la géophysique et l'énergie. Son activité se caractérise par un fort développement méthodologique et de modélisation de la turbulence pour la simulation des équations de conservation. Le groupe composé de 12 permanents se structure autour de 5 axes de recherche principaux:

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Dernières publications de l'équipe

  • E. Alekseenko, Bernard Roux. Contribution to remediation of brackish lagoon: 3D simulation of salinity, bottom currents and resuspension of bottom sediments by strong winds. Estuarine, Coastal and Shelf Science, Elsevier, In press, 〈10.1016/j.ecss.2018.05.021〉. 〈hal-01813824〉 Plus de détails...
  • E. Alekseenko, B. Roux. Wind effect on bottom shear stress, erosion and redeposition on Zostera noltei restoration in a coastal lagoon; part 2. Estuarine, Coastal and Shelf Science, Elsevier, In press, 〈10.1016/j.ecss.2018.05.022〉. 〈hal-01813834〉 Plus de détails...
  • Jessica Sari, Francesco Cremonesi, Mehdi Khalloufi, François Cauneau, Philippe Meliga, et al.. Anisotropic adaptive stabilized finite element solver for RANS models. International Journal for Numerical Methods in Fluids, Wiley, 2018, 86 (11), pp.717-736. 〈10.1002/fld.4475〉. 〈hal-01629274〉 Plus de détails...
  • Myriam Slama, Cédric Leblond, Pierre Sagaut. A Kriging-based elliptic extended anisotropic model for the turbulent boundary layer wall pressure spectrum. Journal of Fluid Mechanics, Cambridge University Press (CUP), 2018, 840, pp.25 - 55. 〈10.1017/jfm.2017.810〉. 〈hal-01706751〉 Plus de détails...
  • Pierre-Yves Passaggia, Uwe Ehrenstein. Optimal control of a separated boundary-layer flow over a bump. Journal of Fluid Mechanics, Cambridge University Press (CUP), 2018, 840, pp.238 - 265. 〈10.1017/jfm.2018.6〉. 〈hal-01708850〉 Plus de détails...
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Dernières rencontres scientifiques

Soutenances de thèses et HDR

8 juin 2018 - Développement de méthodes de Boltzmann sur réseau en maillages non-uniformes pour l’'aéroacoustique automobile / Soutenance de thèse Félix GENDRE
Doctorant : Félix GENDRE

Date de la soutenance : Vendredi 8 Juin   2018 à 10:30, amphithéâtre A / RdC de l'Equerre , Ecole Centrale de Marseille

Résumé de la thèse
L'objectif de ce travail est d'étudier les capacités de la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM) dans un cadre numériquement contraignant : celui de la simulation aéroacoustique en maillage non-uniforme, à très haut nombre de Reynolds et à nombre de Mach non négligeable (Ma>0.1), appliquée à l'automobile. La problématique industrielle est celle du calcul du bruit intérieur d'origine aérodynamique, dont le calcul du champ de pression pariétal instationnaire sur le vitrage conducteur est la première étape décisive. Il a été constaté qu'un manque de précision sur la faible part acoustique du champ de pression total sur le vitrage, provenant très probablement d'erreurs au niveau des transitions de résolution du maillage, était la cause d'une surestimation du bruit intérieur. Nous présentons d'abord une contruction cohérente et unifiée de la méthode de Boltzmann sur réseau à partir de l'équation de Boltzmann, dans un cadre athermal faiblement compressible. Nous insistons particulièrement sur la cohérence des adimensionnements ainsi que sur la question de la limite hydrodynamique de l'équation de Boltzman sur réseau. Nous étudions ensuite en détail les propriétés aéroacoustiques de la LBM, en parcourant toutes les grandes familles d'opérateurs de collision de la littérature. Une variante de modèle à temps de relaxation multiples, utilisable pour l'aéroacoustique, est présentée et testée. Les modèles basés sur un filtrage sélectif de l'équation de Boltzmann sur réseau sont aussi étudiés. Un modèle alternatif simplifié de filtrage sélectif, rapide et compact, est développé et validé numériquement. Une étude préliminaire est également menée pour utiliser l'hyperviscosité introduite par ce dernier dans le cadre de calculs LES (Large Eddy Simulation), avec des résultats prometteurs. La problématique des maillages non-uniformes est abordée. Un recensement exhaustif des études LBM menées dans ce cadre dans la littérature montre qu'aucune ne correspond à nos contraintes. Un algorithme alternatif est développé pour traiter les problèmes observés aux transitions de résolution. Nous apportons également des modifications à un algorithme plus classique, validées numériquement. Enfin, des applications industrielles sont réalisées à l'aide des modèles développés dans le mémoire, en particulier sur un véhicule complet. Le potentiel impact positif sur la qualité du champ aéroacoustique en maillage non-uniforme de la stratégie LES basée sur l'hyperviscosité du filtrage sélectif est discuté. 

Mots clés : Boltzmann sur réseau, Aéroacoustique, Maillage non uniforme, Turbulence, Fltrage, 

Jury:
Directeur de these Pierre SAGAUT Université d'Aix Marseille
Examinateur                 Julien FAVIER Université d'Aix Marseille
Examinateur                 Denis RICOT         Renault S.A.S
Examinateur                 Charles HIRSCH Université libre de Bruxelles
Rapporteur                 François DUBOIS Conservatoire National des Arts et Metiers
Rapporteur                 Irina GINZBURG IRSTEA 

5 juin 2018 - Rhéologie du mucus bronchique: caractérisation et modélisation pour l'aide à la clairance par un dispositif médical / Soutenance de thèse Olivier LAFFORGUE
Doctorant : Olivier LAFFORGUE

Date de la soutenance : Mardi 5 juin 2018 à 10h00 Grand amphithéâtre du CEREGE

Résumé de la thèse
Aujourd’hui, les pathologies respiratoires chroniques constituent un fardeau sanitaire mondial. Beaucoup sont associées à une modification rhéologique du mucus. Le rôle de clairance du mucus tapissant les voies respiratoires est de capturer des particules étrangères afin qu’enzymes et anticorps le nettoient, puis d’être transporté vers le pharynx pour être digéré ou expectoré. Dans des conditions pathologiques (e.g. mucoviscidose), les propriétés physiques assurant cette fonction vitale sont entravées par des modifications de la composition du mucus. L’objectif ici est de caractériser en profondeur les propriétés mécaniques du mucus vis-à-vis du développement d’appareils d’aide à la clairance. Ceci est réalisé par des moyens expérimentaux et de la modélisation depuis la base de données qui en découle. Le mucus réel implique de sérieuses problématiques de collecte, c’est pourquoi le choix a été fait de préparer des simulants à partir de glycoprotéines à différentes concentrations reproduisant la variété naturelle du mucus. Cela a permis de tester chacune des variétés vastement, palliant ainsi les problèmes de cohérence intrinsèque. La microscopie optique et la MEB ont donné un aperçu visuel du réseau 3D des simulants et confirmé sa similarité avec des mucus réels. La tension de surface, liée à la mouillabilité et l’adhésivité du mucus sur la surface épithéliale a été mesurée. Cela a montré une bonne concordance avec des mucus pathologiques, en particulier les concentrations élevées, en cohérence avec les observations cliniques. Le mucus est sujet aux changements de température in-vivo et peut varier de 20°C près de la bouche à 40°C en cas de fièvre. Ainsi les diffusivité, conductivité et capacités thermiques ont été mesurées dans cet intervalle. Les résultats sont proches de ceux de l’eau. Des tests SAOS ont permis la caractérisation rhéologique de la structure au repos. Les effets de la contrainte, fréquence et température sur la viscoélasticité ont été mesurés ainsi que les phénomènes viscoplastiques quantifiés en termes de seuils de contrainte et d’écoulement et d’énergie de cohésion en fonction de la concentration. Les tests en écoulement permanent montrent des comportements viscoplastiques et rhéofluidifiants bien ajustés par un modèle d’Herschel-Bulkley. Ses paramètres quantifient la viscoplasticité et la rhéofluidifiance en fonction de la concentration. En complément, des essais transitoires ont été conçus pour étudier la thixotropie du mucus. Celle-ci est liée à des évolutions lentes des propriétés rhéologiques dues à la restructuration au repos ou la déstructuration initiée par une déformation. Dans le cadre de la kinésithérapie respiratoire – visant à déstructurer l’épais mucus afin que le patient puisse l’expectorer – une telle dépendance du temps est une propriété cruciale. Elle fut d’abord observée qualitativement en écoulement continu comme une boucle d’hystérésis. La thixotropie a ensuite été mesurée indépendamment des comportements indépendants du temps et quantifiée par des échelons de cisaillement. Cela a fourni des temps de reprise ainsi que des courbes d’écoulement permanent isostructurelles (rhéogramme d’un niveau de structure donné). Ces dernières permettent de relier les paramètres HB au degré de structure. Enfin, la modification du modèle d’HB pour qu’il tienne compte de la cinétique de la structure a permis d’ajuster les échelons positifs à partir d’une référence proche des conditions de respiration vers des conditions proches de la toux (1 à 100 s-1). En conclusion, des tests complémentaires et intrinsèquement cohérents ont fourni une caractérisation thermo-physique et rhéologique complète d’une variété de simulants de mucus dans des conditions de repos, d’écoulement permanent et transitoires. Il en résulte un nouveau modèle prenant en compte la thixotropie. Ces résultats quantitatifs fournissent une base de données utile pour de futures simulations numériques dédiées au transport du mucus bronchique. 

Mots clés : rhéologie, mucus, SIMEOX, transport, clairance, modélisation

Jury
Directeur de these Sébastien PONCET Université de Sherbrooke
Rapporteur                 Albert MAGNIN         CNRS, Université Grenoble Alpes
CoDirecteur de these Julien FAVIER         Aix-Marseille Université
CoDirecteur de these Isabelle SEYSSIECQ Aix-Marseille Université
Rapporteur                 Gladys MASSIERA Université Montpellier
Examinateur                 Michaël BAUDOIN Université de Lille
Examinateur                 Benoit HAUT                 Université libre de Bruxelles
31 mai 2018 - Linear and semi-linear analysis of large-scale oscillations in laminar and turbulent open flows / Soutenance HDR Philippe MELIGA
Dr. Philippe MELIGA

Date de la soutenance : Jeudi 31 Mai à 14h00 en amphi 3 de Centrale Marseille

Abstract
I will review several lines or research committed to raising the state-of-the-art capability of theoretical, linear stability and sensibility analyses in view of tackling flows of engineering importance, where Reynolds numbers of several millions are common occurrences and the small amplitude assumption is inherently faulted. I will focus on two different, yet not unrelated approaches:
- the linear stability and sensitivity analysis of turbulent flows performed in the frame of the triple decomposition,
- the semi-linear analysis of laminar flows, that uses a self-consistent model of the mean flow/fluctuation interaction to predict how an instability grows and saturates at a finite amplitude.
I will also describe ongoing efforts undertaken to benefit from advanced numerical methods and high performance computing.

Jury :
L. Jacquin,        ONERA (rapporteur)
P. J. Schmid,     Imperial College (rapporteur)
S. Zaleski,         IJLRA (rapporteur)
M. Braza,           IMFT
J.-M. Chomaz,  LadHyX
U. Ehrenstein,  M2P2
F. Gallaire,        EPFL