Publications HAL du labo/EPI LMEE

2022

Theses

titre
Evaluation des impacts environnementaux par une ACV Dynamique Spatialisée
auteur
Patrice Megange
article
Mécanique [physics.med-ph]. Université Paris-Saclay, 2022. Français. ⟨NNT : 2022UPAST171⟩
resume
L'Analyse du Cycle de Vie (ACV) est une approche d'analyse environnementale holistique qui, au XXIème siècle, fait l'unanimité pour l'évaluation des impacts écologiques potentiels de produits, systèmes ou procédés. Des études sur la disponibilité et la fiabilité des données utilisées ont montré que certaines incertitudes générées lors de ces évaluations environnementales fragilisaient la robustesse des résultats ainsi que la chaine d'analyse. Pour y remédier, des études récentes préconisent l'introduction de spécificités spatio-temporelles où des solutions telles que l'Analyse du Cycle de Vie Dynamique ou l'Analyse du Cycle de Vie Régionalisée ont démontré leur pertinence. Ces méthodes d'ACV présentent cependant quelques limites d'opérationnalité et de polyvalence.L'objectif de cette thèse est de développer un outil fiable et conceptualisé permettant d'optimiser l'ACV lors de l'évaluation d'impacts locaux tels que la toxicité humaine par inhalation. Le dispositif mis en œuvre repose sur le couplage d'outils complémentaires intégrants la dynamique des procédés, la cinétique des flux d'émission de polluants et des spécificités spatio-temporelles déterminantes. On aboutit alors à l'élaboration d'un nouveau modèle baptisé l'Analyse du Cycle de Vie Dynamique Site-dépendante (ACVDSd).Les outils qui composent l'ACVDSd sont : (i) ES-PA (Enhanced Structural Path Analysis), une méthode d'Inventaire du Cycle de Vie Dynamique qui, par l'emploi d'une algèbre de distribution, intègre la désagrégation spatiale et temporelle des flux économiques et élémentaires ; (ii) une modélisation gaussienne de la dispersion atmosphérique de polluants qui évalue, en tout point de l'espace et à chaque instant, les concentrations en substances toxiques réceptionnées ; (iii) USEtox, un modèle consensuel pour l'évaluation de l'impact de toxicité humaine et d'écotoxicité.Dans ce travail de recherche une méthodologie a été développée afin de garantir la généricité du modèle. Lors de l'étude d'impact de toxicité humaine, elle s'emploie à optimiser les facteurs de devenir et les facteurs d'absorption par l'intégration de caractéristiques spatiales et temporelles déterminantes. La pollution atmosphérique contribuant à la contamination de milieux tels que les sols et les eaux, cette méthode aura également une incidence bénéfique sur l'évaluation éventuelle d'une écotoxicité dans ces mêmes milieux.Afin d'analyser la viabilité de la méthodologie proposée, une étude de faisabilité est réalisée. Elle consiste en l'observation des résultats d'une évaluation de l'impact de la toxicité humaine en utilisant l'ACVDSd. Le scénario étudié est l'étape de fabrication de fenêtres double vitrage en châssis PVC. Il répond à un programme immobilier et aux attentes de la réglementation environnementale 2020. Afin de généraliser les résultats obtenus avec un modèle de dispersion par panache gaussien, spécifiquement adapté à un terrain plat, un modèle gaussien de transfert-diffusion de bouffées (CALPUFF) est utilisé pour une configuration de terrain accidenté.La précision et les spécificités spatio-temporelles mises en évidence par ce travail de recherche ouvrent plusieurs autres perspectives intéressantes telles que l'hétérogénéité spatiale des populations ou une étude d'impact d'écotoxicité. L'utilisation d'un modèle de dispersion lagrangien peut être envisagée pour l'évaluation d'un impact global tel que le changement climatique.
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titre
Suivi de santé structurale basé sur l'identification modale opérationnelle
auteur
Duc Tuan Ta
article
Mécanique [physics]. Université Paris-Saclay, 2022. Français. ⟨NNT : 2022UPAST120⟩
resume
La surveillance de la santé structurelle (SHM) des structures est primordiale pour une utilisation sûre et essentielle pour le développement durable. L'analyse modale opérationnelle (OMA) pour SHM est appropriée pour les structures réelles car elle offre plusieurs avantages : faible coût, utilisation normale des structures et surveillance continue. Cependant, elle présente quelques obstacles majeurs : (i) excitations non mesurées; (ii) problèmes de sous-détermination; (iii) relation entre les endommagements et le changement des paramètres modaux, n'est pas directe; (iv) identification difficile des endommagements multiples. Par conséquent, les objectifs de la thèse sont : (i) faire une analyse sur des méthodes efficaces et populaires pour l'analyse modale opérationnelle et pour l'identification des endommagements ; (ii) proposer des améliorations des méthodes existantes ou de nouvelles méthodes qui peuvent traiter les cas sous-déterminés ; (iii) développer une procédure de détection rapide des endommagements; (iv) introduire une procédure améliorée pour la détection des dommages multiples. Les résultats obtenus dans le cadre de cette thèse peuvent être résumés en quatre contributions principales suivantes :La première contribution est une amélioration de la technique d'identification modale existante basée sur la décomposition PARAllel FACtor (PARAFAC) dans le domaine temporel. Le tenseur de troisième ordre de la covariance des réponses est décomposé en composantes correspondant aux modes structurels ou aux déflections harmoniques. Une longueur minimale des fonctions d'auto-covariance utilisant les périodes naturelles et les taux d'amortissement est suggérée pour distinguer avec précision les harmoniques des modes structurels.La deuxième contribution consiste à développer une nouvelle méthode d'identification modale basée sur la décomposition PARAFAC dans le domaine fréquentiel. En utilisant la décomposition PARAFAC, un tenseur d'ordre 3 en fréquence construit à partir de la densité spectrale de puissance (DSP) des réponses est d'abord décomposé en plusieurs tenseurs d'ordre de rang 1 qui peuvent être des modes structurels ou des composantes harmoniques. La fonction auto-PSD de chaque tenseur d'ordre 3 de rang 1 est ensuite utilisée pour identifier les paramètres modaux tandis que les valeurs de kurtosis spectral sont utilisées pour distinguer les modes structurels et les harmoniques. La performance de la méthode proposée a été étudiée avec un amortissement proportionnel/non-proportionnel, des modes très rapprochés, des cas sous-déterminés et en présence d'excitations harmoniques.La troisième contribution est consacrée à la proposition d'une méthode rapide pour la détection et la quantification d'un changement local simple de la masse et/ou la rigidité de structures de type poutre en utilisant des paramètres modaux identifiés. La relation entre les changements locaux de masse et/ou de rigidité d'une poutre et son décalage de fréquence naturelle et sa déformée modale est examinée et une expression analytique est explicitement donnée. Sur la base de l'expression proposée, une régression linéaire est appliquée pour obtenir des résultats précis du changement de masse et/ou rigidité des poutres.La quatrième contribution vise à étendre la procédure précédente d'identification des endommagements pour de multiples changements locaux de masse et/ou de rigidité. La comparaison entre les décalages de fréquence naturelle obtenus directement à partir de l'expression analytique établie dans la contribution précédente au lieu d'utiliser la méthode des éléments finis et ceux mesurés permet ensuite l'identification des endommagements en utilisant une inférence Bayésienne. L'identification des endommagements proposée devient rapide car elle évite le coût de calcul causé par les simulations FEM.Toutes les contributions ci-dessus ont été validées par des simulations numériques et des tests expérimentaux au laboratoire.
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https://theses.hal.science/tel-03835377/file/2022UPAST120.pdf BibTex
titre
Computation homogenization of heterogeneous materials' thermal conductivity by the Finite Difference Method
auteur
Ziming Xiong
article
Solid mechanics [physics.class-ph]. Université Paris-Saclay, 2022. English. ⟨NNT : 2022UPAST045⟩
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Nowadays, heterogeneous materials are in-creasingly used for their superior overall properties, suchas porous media, which are widely used in the electronicsand biomedical industries, so determining the equivalentthermal conductivity (ETC) of heterogeneous materials isessential for the correct design of industrial equipment thatmay be subjected to severe thermal loads during use.The main objective of this thesis is to calculate the ho-mogenization of the thermal conductivity of heteroge-neous materials using the finite difference method. Voxelwas chosen for modeling heterogeneous materials and the Günter scheme will be employed as the primary tech-nique for anisotropic thermal diffusion problems. Thetwo-dimensional Günter system is re-demonstrated in thisthesis, along with an extension to the three-dimensionalmodel, as well as methods for loading periodic and mixeduniform boundary conditions. The three methods (FDM,FEM, and FEM+pixel(voxel)) are compared for 2D RVEssuch as crosses, circles, and ellipses and for 3D RVEs suchas spheres and cylinders. It is discovered that the devel-oped FDM produces results that are consistent with thoseof FEM and FEM+pixel(voxel) and that the FDM outper-forms FEM+pixel(voxel) in terms of convergence speed.This method has also been applied to sintered silver ma-terials for the study of equivalent thermal conductivity.Comparisons between the two methods (FDM and FEM)are carried out for the classical unit cells such as simple cu-bic, body-centered cubic, and face-centered cubic, as wellas the silver-based stochastic model. The developed finitedifference algorithm is valid, and consistent results are ob-tained. In addition to the Günter scheme, a 5-point modeland an integral model have also been developed inspiredby the Günter scheme.For high-performance computing, the Eigen library andthe Pardiso library are also detailed in the thesis. Both li-braries contain both direct and iterative solutions for solv-ing linear equations. However, while Eigen allows for parallel computation of only the iterative solution, Pardisoallows for parallel computation of both approaches, andthe parallelism is significantly superior than that of Eigen.While Eigen is more straightforward to construct and morepowerful, Pardiso is faster at tackling complex problems.
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https://theses.hal.science/tel-03675234/file/2022UPAST045.pdf BibTex
titre
Modelling of adhesive frictional contact problems for soft matters
auteur
Libang Hu
article
Mechanics of materials [physics.class-ph]. Université Paris-Saclay, 2022. English. ⟨NNT : 2022UPAST032⟩
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Dynamic frictional contact and recoverable interfacial adhesion involving soft materials represent a frequent contact phenomenon. In the numerical modelling field, constructing of a model capable of addressing contact with friction and recoverable adhesion has always been a challenging topic. In this thesis, an extended, ready-to-implement 3D model for quasi-industrial problems of contact with friction and recoverable interface adhesion between soft material is formulated using the Raous-Cangémi-Cocou (RCC) interface model and a bi-potential based resolution method. The RCC model proposes a straightforward description of the interface adhesion based on a local scalar parameter, both normal and tangential effects are taken into account by the adhesive interface model, involving both the process of bonding and de-bonding of the interface links. This adhesive model has been implemented within the bi-potential method, based on a set of extended unilateral and tangential contact laws. We combine the 3D extended adhesive interface model with different hyperelastic models to investigate large deformation contact problems under various adhesive interface conditions. Such as, Blatz-Ko material model for large deformation contact problems under isotropic and orthotropic adhesive interface conditions; The mechanical behaviour of biological soft tissues with surface adhesion is investigated by using the Holzapfel-Gasser-Ogden (HGO)+Yeoh anisotropic hyperelasticity model. To illustrate the capability of the implemented model, we set up various test cases in each chapter to explore adhesive contact in normal, tangential and mixed directional scenarios for different material models and interface conditions, which brings us closer to quasi-industrial modelling situations.
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https://theses.hal.science/tel-03630458/file/2022UPAST032.pdf BibTex

2020

Theses

titre
Apport des modèles réduits pour la caractérisation thermique de matériaux de construction : mesures in situ d'isolants et étude multi-échelle d'un bois sec
auteur
Ana Chavez Castillo
article
Matériaux composites et construction. Université Paris-Saclay, 2020. Français. ⟨NNT : 2020UPAST040⟩
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En simulation numérique thermique, le problème inverse consiste à partir de mesures de température, à retrouver un ou plusieurs paramètres de l'équation de la chaleur discrétisée. C'est une procédure complexe qui reste souvent limitée à une géométrie simple. L'idée est alors d'utiliser des modèles réduits thermiques de type modaux, qui vont permettre de diminuer considérablement le nombre d'inconnues tout en maintenant une précision satisfaisante sur l'intégralité du domaine modélisé. Ces modèles vont alors permettre d'étendre la technique des problèmes inverses à tout type de géométrie, quelle que soit sa complexité.L'objectif de ce travail de thèse consiste à évaluer l'efficacité d'une telle méthode pour une application liée à la thermique du bâtiment, dans laquelle on cherche à identifier les propriétés de matériaux isolants (capacité et conductivité thermiques).Le principal travail a été la mise en application de cette technique pour une mesure in situ, via une sonde de type fil chaud, jusqu'ici inadaptée aux isolants thermiques.Une seconde application de cette technique de résolution de problèmes inverses par modèle réduit est la caractérisation d'un matériau bio-sourcé à partir de relevés tomographiques à l'échelle microscopique.Pour ces deux applications, les développements numériques effectués ont permis la réalisation de premiers essais expérimentaux encourageants.
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https://theses.hal.science/tel-03184785/file/2020UPAST040.pdf BibTex
titre
Numerical Simulations of the shock wave-boundary layer interaction in complex geometries
auteur
Adarsh Gupta
article
Other [cond-mat.other]. Université Paris-Saclay, 2020. English. ⟨NNT : 2020UPAST013⟩
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The objective of the present thesis work is to provide a better insight of the SWBLI unsteadiness due to the low-frequency streamwise oscillations of the separation bubble. To investigate this low frequency motion, DNS of the interaction between the shock wave and laminar boundary layer in complex geometries has been carried out. To perform those simulations, a modified numerical approach for curvilinear coordinate, implemented in an in-house parallel (MPI) Finite-Volume based DNS/LES solver (CHORUS) developed at LIMSI-CNRS is used.The first part of the thesis is the validation of the modified numerical approach. The influence of the mesh distortion has been analyzed from several test cases. The errors introduced by different types of deformation for the three test cases dealing with advection, turbulence, and shock wave were identifiable. The errors created by deformation of the mesh are found comparatively low if the control volumes stay close to a parallelepiped. In some cases, a significant rise has been seen due to the introduction of the non-orthogonality of the mesh.The second part is the validation of code in the framework of supersonic flows around a compression corner which is the core of the present dissertation. The validation studies have been carried out for the case of both inviscid and viscous flows over a compression ramp and the comparison with theoretical as well as numerical data has been presented. This comparison has shown that the results obtained with CHORUS code are in good agreement with the reference data. However, those studies are rather old and a lot of progress has been made in numerical methods for high-speed flow simulations. Unfortunately, there are only a few recent studies concerning simulations or experiments of fully laminar flow around ramps or other complex geometries that could have helped to assess Chorus’ ability to compute such flows. It has then been decided to create our own test case using an extensively tested supersonic flow solver, rhoCentralFoam of the OpenFOAM open-source numerical package. The results obtained provided the difference in the two numerical approaches and allowed us to consider Chorus as validated for DNS of compressible flows with shocks in complex geometries.Consequently, the last chapter deals with the physical analysis of the flow created by a laminar boundary layer developing around two geometries: a classical compression ramp and a compression-expansion ramp. As said earlier, the goal of those simulations was to determine whether the low-frequency oscillations of the recirculation zone can be related to the coherent structures in the incoming boundary layer. The results have demonstrated that, for both configurations, the separation shock IS NOT subjected to longitudinal oscillations. However, when analysing the spectra from probes in the vicinity of the separation point, it has appeared that all the frequency information is contained in those temporal signals. The conclusion of this study is that the absence of oscillations in the laminar case is not, as originally thought, due to the absence of coherent structures in the incoming boundary layer but rather to the fact that, in the laminar case, the separation bubble extent is too large. As a consequence, even if the perturbations that make the bubble oscillate in the turbulent case are present for laminar boundary layer, they are damped in such a way that they are not able to move the shock system and/or the recirculation zone. The next step to this study would be to reduce either the freestream Mach number or the ramp angle in order to have a smaller recirculation bubble and check if the motion appear in that case.
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https://theses.hal.science/tel-03152378/file/2020UPAST013.pdf BibTex

2018

Theses

titre
Réduction d’un problème thermique par sous structuration modale. Application à la modélisation d’ensembles électroniques complexes
auteur
Sébastien Grosjean
article
Sciences de l'ingénieur [physics]. Université Paris - Saclay, 2018. Français. ⟨NNT : 2018SACLE039⟩
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Un composant électronique dissipe de la chaleur. L'optimisation « thermique » de la conception des systèmes électroniques ainsi que leur durée d'activation ou de désactivation devient alors nécessaire pour limiter les températures. Il faut donc pouvoir prédire finement et rapidement l'évolution thermique d'un composant pris dans son environnement pour différents scénarios d'utilisation. Les simulations classiques types éléments finis étant trop coûteuses en temps de calcul pour des ensembles complexes, il est nécessaire de réduire la taille du modèle. Les méthodes modales consistent à rechercher la solution sous la forme d'une somme pondérée de champs élémentaires, ces derniers étant appelés modes. Ces modes sont calculés en résolvant numériquement un problème aux valeurs propres. Si ces méthodes ont fait leur preuve pour des composants élémentaires, elles se révèlent inopérantes pour des systèmes comportant plusieurs dizaines de composants placés sur un circuit imprimé. La méthode de sous-structuration modale est une extension des méthodes modales classiques permettant de dépasser ces limitations. Il s'agit de décomposer le système en entités élémentaires (les sous-structures), de calculer les modes de chacune de ces entités, puis de les rassembler pour résoudre le problème d'origine. Des travaux préliminaires ont montré que cette approche est pertinente au premier niveau (composant électronique). On envisage lors de cette thèse d'étendre ces principes aux niveaux supérieurs .La finalité industrielle du présent travail est de simuler à l'aide d'un modèle réduit le comportement thermique d'une carte électronique (circuit imprimé et plusieurs composants implantés). Ce travail peut ouvrir la voie pour l'industriel à la modélisation de systèmes multi-modules.
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2017

Theses

titre
Optimisation de réseaux de capteurs pour la caractérisation de source de rejets atmosphériques
auteur
Hamza Kouichi
article
Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Université Paris Saclay, 2017. Français. ⟨NNT : ⟩
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L’objectif principal de cette étude est de définir les méthodes nécessaires pour optimiser un réseau de surveillance conçu pour la caractérisation de source de rejets atmosphériques. L’optimisation consiste ici à déterminer le nombre et les positions optimales de capteurs à déployer afin de répondre à ce type de besoin. Dans ce contexte, l’optimisation est réalisée pour la première fois par un couplage entre la technique d’inversion de données dite de « renormalisation » et des algorithmes d’optimisation métaheuristiques. La méthode d’inversion a été en premier lieu évaluée pour la caractérisation de source ponctuelle, et a permis ensuite, de définir des critères d’optimalité pour la conception des réseaux. Dans cette étude, le processus d’optimisation a été évalué dans le cadre d’expériences réalisées en terrain plat sans obstacles (DYCE) et en milieu urbain idéalisé (MUST). Trois problématiques ont été définies et testées sur ces expériences. Elles concernent (i) la détermination de la taille optimale d’un réseau permettant de caractériser une source de pollution, où une fonction coût (erreurs normalisées), traduisant l’écart entre les observations et les données modélisées, a été minimisée ; (ii) la conception optimale d’un réseau permettant de caractériser une source ponctuelle inconnue, pour une condition météorologique particulière. Dans ce contexte, une fonction coût entropique a été maximisée afin d’augmenter la quantité d’information fournie par le réseau ; (iii) la détermination d’un réseau optimal permettant de caractériser une source ponctuelle inconnue pour des configurations météorologiques multiples. Pour ce faire, une fonction coût entropique généralisée, que nous avons définie, a été maximisée. Pour ces trois problématiques, l’optimisation est assurée dans le cadre d’une approche d’optimisation combinatoire. La détermination de la taille optimale d’un réseau (problématique 1) s’est révélée particulièrement sensible aux différentes conditions expérimentales (hauteur et débit de la source, conditions de stabilité, vitesse et direction du vent, etc.). Nous avons noté pour ces expériences, que les performances des réseaux sont meilleures dans le cadre d’une dispersion sur terrain plat comparativement aux milieux urbains. Nous avons également montré que différentes architectures de réseaux pouvaient converger vers le même optimum (approché ou global). Pour la caractérisation de sources inconnues (problématiques 2 et 3), les fonctions coûts entropiques se sont avérées robustes et ont permis d’obtenir des réseaux optimaux performants (de tailles raisonnables) capables de caractériser différentes sources pour une ou plusieurs conditions météorologiques.
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https://hal.science/tel-01593834/file/kouichi_2017.pdf BibTex

2006

Theses

titre
Développement d'algorithmes et d'un code de calcul pour l'étude des problèmes de l'impact et du choc
auteur
Benoit Magnain
article
Mécanique [physics.med-ph]. Université d'Evry-Val d'Essonne, 2006. Français. ⟨NNT : ⟩
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Dans beaucoup de problèmes de mécanique des solides, la prise en compte du contact avec frottement joue un rôle prépondérant. La bonne prédiction des effets du contact avec frottement devient un enjeu majeur pour les industriels. Malheureusement, très peu de problèmes peuvent être traités de manière analytique. Il est donc nécessaire de développer des méthodes numériques adaptées à ce type de problèmes. Dans ce travail, nous proposons une extension de la méthode du bi-potentiel, proposée par de Saxcé et Feng, pour l'analyse des problèmes d'impact entre plusieurs corps déformables dans le cadre des grandes déformations. Pour cela, nous optons pour un schéma d'intégration du premier ordre à la place d'un schéma plus classique du second ordre (Newmark, HHT, . . .). Ce choix permet de ne pas faire intervenir l'accélération, non définie au moment du choc, dans les calculs. Le modèle ainsi développé combine la méthode du bi-potentiel pour la résolution du problème du contact et un schéma du premier ordre pour la discrétisation temporelle. Ce travail a abouti au code de calcul par éléments finis FER/Impact. Les différentes applications numériques proposées mettent en évidence la validité et l'efficacité de la méthode. Une attention particulière est portée à la quantification de la dissipation d'énergie par frottement.
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https://theses.hal.science/tel-00369905/file/these_magnain.pdf BibTex

2002

Theses

titre
Etude numérique des écoulements tridimensionnels dans des cuves cylindriques rotor-stator
auteur
Emerson Barbosa
article
Dynamique des Fluides [physics.flu-dyn]. Université d'Evry-Val d'Essonne, 2002. Français. ⟨NNT : ⟩
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L'écoulement d'un fluide visqueux incompressible dans une cuve cylindrique rotor-stator est étudié. Ces écoulements ont fait l'objet de récents travaux numériques tridimensionnels pour des rapports d'aspect h>1,75. On propose une étude numérique de la rupture de l'axisymétrie de l'écoulement dans une cavité de rapport d'aspect réduit (h=1 et 1,5) et des nombres de Reynolds Re<8500. Les équations de Navier-Stokes sont résolues par un code vitesse-pression en coordonnées cylindriques qui repose sur des méthodes aux différences finies du second ordre. Deux approches numériques sont mises en œuvre pour mener cette investigation. L'une consiste à linéariser les équations autour d'un écoulement de base axisymétrique stationnaire. Les conditions initiales résultent de la superposition de l'écoulement de base et d'une perturbation aléatoire. Cette analyse de stabilité linéaire permet de déterminer le premier seuil de criticalité et met en évidence le mode azimutal kc le plus instable. L'autre consiste à intégrer les équations du mouvement avec différentes conditions initiales: (i) soit un écoulement de base axisymétrique stationnaire perturbé aléatoirement, (ii) soit un état où le fluide est au repos, (iii) soit un régime établi trouvé pour une autre valeur de Re. L'analyse de stabilité non-linéaire (i) montre que le développement d'un mode kc est responsable d'une bifurcation de Hopf super-critique lorsque Re dépasse une première valeur critique. L'écoulement de base bascule alors vers des solutions instationnaires de période T, dont les caractéristiques spatiales dépendent de la valeur de kc. L'axisymétrie de l'écoulement n'est brisée que lorsque kc est non nul. Dans ce cas, les solutions super-critiques sont des ondes qui exhibent une invariance par rotation d'angle 2pi/kc autour de l'axe et qui tournent avec une période azimutale TRWkc=kc*T. L'écoulement subit ensuite d'autres bifurcations et les caractéristiques spatio-temporelles des ondes tournantes bifurquées sont présentées en détails. L'utilisation d'autres conditions initiales (ii)-(iii) met en évidence des branches de solutions multiples: il apparaît que la convergence vers l'une ou l'autre des solutions possibles dépend de la façon dont est répartie l'énergie cinétique de départ.
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https://theses.hal.science/tel-00354646/file/cuve.pdf BibTex

2000

Theses

titre
Modélisation de la turbulence atmosphérique en vue de l'étude du chargement aérodynamique des structures soumises aux effets du vent
auteur
Grégory Turbelin
article
Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Université d'Evry Val d'Essonne, 2000. Français. ⟨NNT : ⟩
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L’objectif de notre travail de thèse est de modéliser numériquement la turbulence atmosphérique afin d’étudier l’action aérodynamique du vent sur les ouvrages de génie civil. L’analyse développée est bidimensionnelle et doit permettre, en vue d’une ´etude vibratoire, d’identifier les principaux mécanismes qui interviennent lorsque le vent aborde transversalement une structure élancée, non profilée. L’approche consiste à assimiler le vent à un écoulement de fluide incompressible régi, dans la couche limite atmosphérique, par les équations de Navier-Stokes et à représenter la turbulence à l’aide d’un modèle du premier ordre. Les principaux paramètres pris en compte sont la rugosité des sols, la topographie, la présence d’obstacles et/ou le développement de grosses structures tourbillonnaires. Le problème est traité avec le code de calcul par éléments finis CASTEM 2000, dans lequel des procédures spécifiques, telles des fonctions de paroi basées sur la notion de longueur de rugosité, ont été implantées. Des calculs de validation, portant sur des cas tests significatifs, montrent que le modèle k-epsilon standard est incapable de modéliser des écoulements instationnaires sur des sites non homogènes, en présence de tourbillons organisés, alors que le modèle RNG k-epsilon, plus élaboré, est adapté à ce type d’écoulements complexes. Ce dernier modèle est donc utilisé pour étudier les phénomènes rencontrés lorsqu’une rafale aborde une structure élancée. Pour des sections non profilées, les limitations de l’approche quasi-statique, généralement utilisée pour représenter les efforts aérodynamiques exercés par le vent turbulent, sont mis en évidence. Dans ce cas, on suggère que les effets de la turbulence, générée par la structure elle-même, doivent être pris en compte au travers de fonctions d’admittance modifiées. On montre que la forme de ces fonctions dépend explicitement de la création de poches de décollement et de la présence de grosses structures tourbillonnaires dans le sillage de l’obstacle.
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https://univ-evry.hal.science/tel-02359884/file/turthese.pdf BibTex