L'une des principales missions de l'Ifremer consiste à étudier les ressources sous-marines et les fonds marins via une flotte océanographique importante, employée à travers le globe. Pour ce faire, les navires sont équipés d'équipements acoustiques de type SONAR afin d'obtenir les informations recherchées dans la colonne d'eau. Dans certaines conditions de navigation, la houle et les mouvements du navire génèrent un entraînement d'air conséquent sous la surface. Des nuages de bulles sont ainsi formés et entraînés sous la carène par l'écoulement. L'interaction entre ces bulles et les ondes acoustiques peuvent entraîner des pertes de données, et par conséquent une diminution importante de la productivité du navire. Les outils permettant l'étude du phénomène sont actuellement limités. Les modèles numériques ne sont pas suffisamment performants, pour simuler conjointement les mécanismes d'entraînement d'air à l'étrave puis l'écoulement dysphasique autour de la carène, et les essais classiques en bassin de traction ne donnent pas entière satisfaction. Dans le cadre de cette thèse, une méthode d'essai spécifique, pour l'étude de ce phénomène, a été développée et mise en place au bassin à houle et courant de l'Ifremer. Cette méthode nécessite la synchronisation entre un générateur de houle et un générateur de mouvement (hexapode), permettant d'imposer les mouvements calculés au préalable par simulation numérique à la maquette. Cette configuration permet d'étudier indépendamment les effets de la houle et des mouvements sur la génération des bulles. L'instrumentation employée permet de filmer et de caractériser l'entraînement d'air à l'étrave de la maquette. Deux mécanismes distincts ont été observés : la génération de bulles par entraînement tourbillonnaire ou par le déferlement de la vague d'étrave. Une méthode de traitement d'image a été élaborée pour analyser ces mécanismes pour de nombreuses configurations d'essais. Une étude paramétrique a été réalisée afin de calculer la fréquence de génération de bulles en fonction de chaque paramètre d'essai. Des mesures PIV de l'écoulement permettent de corréler la dynamique des nuages de bulles et de l'écoulement. L'ensemble des résultats obtenus permet d'apporter des éléments nouveaux pour la compréhension et l'étude du phénomène, avec la perspective d'obtenir un outil fiable facilitant la conception des navires océanographiques. / One of the main assignments of Ifremer is to study the seabed and the resources undersea, through a large oceanographic fleet used across the globe. For that purpose, ships are equipped with different kinds of SONAR (SOund Navigation And Ranging) to obtain the information sought in the water column. In some sea conditions, waves and ship motions generate significant air entrainment below the surface. Bubble clouds are then carried under the hull by the flow. The interaction between these bubbles and the acoustic waves may result in data loss, and therefore in a considerable reduction of the vessel’s productivity. The tools used to study this phenomenon are currently limited : the numerical models are not efficient enough to simulate at a time air entrainment at the bow and the two phase flow around the hull. On the other hand conventional towing tank tests are not entirely satisfactory. During this PhD research work, a specific test method to study this phenomenon has been developed and implemented at the Ifremer wave and current tank. This method requires the synchronization between a wave generator and a movement generator (hexapod) that enables to force the model motions, calculated in advance by numerical simulations. With this configuration, the effects of waves or motions characteristics on the bubbles generation can be studied independently. A complete instrumentation allowed to acquire images sequences to characterize the air entrainment at the bow of the model. Two distinct mechanisms have been observed : the generation of bubbles by vortex shedding or by the breaking bow wave. A post-processing method has been developed to analyse these mechanisms, for many test configurations. A parametric study was performed to calculate the frequency of bubbles generation for each test parameter. PIV measurements allowed to correlate the dynamic of bubbles clouds with the own flow dynamic. The overall results provide new elements for the understanding and the study of the phenomenon, with the final objective of obtaining a reliable tool that facilitates the design of research vessels.

Cette étude se propose d’analyser le comportement du double rotor contra-rotatif caréné dans lecadre des échelles réduites des microdrones, pour exploiter le potentiel d’amélioration desperformances stationnaires des rotors libres. La demande d’une performance propulsive de hautniveau, alors que les échelles sont très réduites constitue un véritable défi scientifique. De façongénérale, par rapport au rotor libre, l’ajout de la carène permet de piloter la contraction del’écoulement et offre un potentiel de poussée de carène. La tuyère par sa condition d’adaptationpilote le débit entrant à puissance donnée. L’augmentation du débit massique, par comparaison ausystème de rotor libre, amplifie la poussée à travers la dépression distribuée sur toute la surface decaptation. Pour comprendre les lois de fonctionnement d’un système propulsif caréné, il a d’abord été proposé un modèle théorique simplifié basé sur une extension de la théorie de Froude pour les rotors libres: le système rotor est assimilé à un disque actuateur, générateur de débit dans une conduite à section variable. Une simulation Navier Stokes 2D axisymétrique a permis d’optimiser les paramètres de forme du carénage. Les simulations ont confirmé l’influence déterminante des sections d’entrée et de sortie, et relativisé l’impact des formes possibles, pourvu que les variations de sections limitent le décollement de la couche limite. Après conception d’un banc d’essai utilisant un doublet de rotor coaxial placé dans cette carène optimisée, l’étude expérimentale complète et confirme les performances globales du système et qualifie l’écoulement méridien. Enfin, une simulation 3D instationnaire a été entreprise pour compléter l’analyse de l’écoulement autour des rotors. / This study aims to analyze the behavior of shrouded, contrarotating coaxial rotor in the reducedMAVs’ scale in order to exploit its potential to improve the free rotor steady performance. The highhover ability under low operational Reynolds number is therefore, a scientific challenge. Generally,comparing with free rotor, the addition of the shroud decreases the flow contraction and gives thepotential to generate an extra thrust. A suitable nozzle can control the mass flow for a given power.The increased mass flow, comparing with free rotor, amplifies the thrust offered by the lowpressure formed at the air entrance. To understand the principals of shrouded propulsion system, a simplified theory model was first proposed through the extension of Froude theory for free rotors: the double rotor is initially treated as an actuator disk, generating the flow at varied sections through the shroud passage. A 2D simulation which accounts for an axial flow of viscous effects within the actual shroud profile, confirmed effects of all defined geometrical parameters. It further demonstrated that within the non-stalling region of the different crosssections, shroud shape and inlet shape do not have asignificant impact on performance. The experimental study, carried out with coaxial rotor, contributed to the confirmation of the overall performance and the approximation of the flow field through the shroud. Meanwhile, the 3D simulation, developed to better model the actual coaxial rotor in counter rotation, was validated to well solve the steady performance. It was applied to complement the analysis of the flow around the coaxial rotor.