Th. univ.--Math. appl.--Nice-Sophia Antipolis, 1996. / Contient des chapitres en anglais. Bibliogr. p. 161-166. Résumés en français et en anglais. 1996 d'après la déclaration de dépôt légal.

Th. 3e cycle--Méc.-rhéol.--Toulouse--I.N.P., 1978. N°: 22.

Th. 3e cycle--Méc.--Toulouse--I.N.P., 1983. N°: 175.

Th. doct.-ing.--Bioméc.--Toulouse--I.N.P., 1983. N°: 238.

Th.--Méc. des fluides--Toulouse--I.N.P., 1979. N°: 43.

Ce mémoire présente l’étude expérimentale de l’écoulement d’entrée d’un aspirateur d’une turbine bulbe présentant une chute abrupte de performance. Des mesures par vélocimétrie laser à effet Doppler (LDV) ont été réalisées sur deux axes soit en aval des pales de la roue et en aval du moyeu de la roue. Une particularité de cette étude est la conception d’un montage permettant de mesurer la vitesse axiale proche de la paroi du cône. De plus, une méthode d’estimation de la vitesse radiale moyenne a été développée. Ces mesures ont permis de caractériser l’écoulement primaire et les écoulements secondaires et d’analyser leur évolution entre les deux axes. De plus, l’évolution de ces écoulements est analysée en fonction de la chute de performance de la turbine. Les principales particularités de l’écoulement sont la présence d’une recirculation sous le moyeu, d’une zone contrarotative, des sillages des directrices et des tourbillons de bout de pale. / This thesis presents the experimental study of the draft tube inflow of a bulb turbine with a steep drop in performance. Measurements by laser Doppler velocimetry (LDV) were performed on two axes: downstream of the blades of the wheel and downstream of the wheel hub. A feature of this study is the design of a setup that allows the measurement of the axial velocity near the wall of the cone. In addition, a method of estimating the average radial velocity was developed. These measurements were used to characterize the primary flow and the secondary flows and analyze their evolution between the two axes. Moreover, the evolution of these flows is analyzed according to the turbine performance drop. The main features of the flow are the presence of recirculation downstream of the hub, a counter-rotating area, the guide vane wakes and of the blade tip vortices.

Ce mémoire présente les résultats de la première étape d'une étude sur un jet circulaire turbulent faiblement chauffé et confiné. Ces travaux, réalisés d'août 2004 à mai 2006, ont mené au développement d'une nouvelle approche expérimentale pour l'étude des jets circulaires confinés. L'étude a été réalisée dans trois enceintes de surfaces différentes, permettant ainsi d'étudier le comportement d'un jet faiblement confiné (pour (An)05 = 42 D) à celui d'un jet moyennement confiné (pour (AR)0,5 = 30Det20D). Les profils de la vitesse et de la température moyennes du jet ont été mesurés et comparés avec des résultats expérimentaux issus de la littérature. Ces essais ont permis d'établir que le jet est autosimilaire à une distance d'environ x/D = 20 en aval de la sortie. La plupart des mesures ont été effectuées dans la région auto-similaire, c'est-à-dire à des distances supérieures à x/D = 20. L'objectif était de vérifier l'effet du nombre de Reynolds sur la diffusion du jet dans la région où la turbulence est pleinement développée. Le mémoire présente aussi une étude expérimentale dans la zone la plus proche de la sortie du jet dénommée "cône potentiel", ainsi que la mesure de l'ordre de grandeur des échelles de Kolmogorov dans la région auto-similaire du jet.

Trente-quatre essais d'écoulement provenant de quatre groupes d'auteurs ont été sélectionnés dans la littérature afin d'étudier l'instabilité interne de matériaux de faible plasticité soumis à l'écoulement de l'eau et initiée par suffosion. Les essais sélectionnés ont tous été effectués dans un perméamètre en appliquant les contraintes hydrodynamiques de manière ascendante et par palier. L'objectif était de déterminer la vitesse critique (vcr(l))p qui initie la mobilisation des particules fines dans les pores de la structure prédominante des matériaux, soit celle qui forme les constrictions. La méthode d'analyse présentée par Kovacs et Ujfaludi (1983), mettant en relation la résistance à l'écoulement ([Delta]h/Q) en fonction de la charge totale appliquée ([Delta]h), a été utilisée afin de déterminer les vitesses critiques (vcr(¹))p. Les essais ont tous été réinterprétés avec cette méthode et celle-ci a permis d'extraire des conditions critiques à des stades inférieurs durant les essais comparativement aux méthodes d'analyses utilisées par leurs auteurs respectifs. Ainsi, par cette approche, un nouveau critère de stabilité interne, basé sur celui développé par Kovacs et Ujfaludi (1983) pour l'application sur les puits, a été proposé pour l'étude des barrages en remblai. Puis, toujours suite à l'analyse des essais avec la méthode [Delta]h/Q - [Delta]h, les matériaux utilisés lors des essais ont été classés en trois catégories selon leur type de comportement sous écoulement après la vitesse critique (vcr(¹))p dans le repère [Delta]h/Q - [Delta]h. Il a ensuite été discuté que la sélection de matériaux stables pour l'étude des barrages doit tenir compte du type de comportement sous écoulement des matériaux et doit inclure un critère admissible de perte de fines, tel que présenté par l'approche russe. Enfin, via l'étude de certains paramètres qui influencent la vitesse critique, il a été démontré que la seule façon d'obtenir une tendance dans les résultats était de représenter dans un repère cartésien logarithmique les vitesses d'écoulement critiques (vcr(¹))p par rapport à la conductivité hydraulique (K) des matériaux.

Thèse ou mémoire avec insertion d’articles / Les puits de pétrole et de gaz ont leur propre cycle de vie: le forage, la production, et finalement le bouchage et l'abandon (P&A) des puits. Les opérations de P&A impliquent généralement la mise en place d'un bouchon de ciment dans des sections spécifiques du puits de forage, afin de fournir des isolations zonales et de prévenir toute fuite. L'une des techniques courantes de mise en place d'un bouchon de ciment est la méthode du dump bailing, dans laquelle un coulis de ciment est injecté via un conteneur excentrique dans le puits de forage rempli d'un fluide in situ. Le processus est affecté par divers paramètres d'écoulement, tels que la différence de densité (flottabilité), le taux d'injection, les considérations géométriques, l'angle d'inclinaison, le rapport de viscosité et la contrainte d'écoulement. Motivée par cette application industrielle, cette thèse de doctorat étudie l'écoulement par injection miscible flottante d'un fluide lourd (dense) dans une conduite inclinée à extrémité fermée remplie d'un fluide léger (moins dense). Pour ce faire, des expériences accompagnées de méthodes semi-analytiques et informatiques complémentaires sont utilisées pour analyser les effets des paramètres susmentionnés sur la dynamique de l'écoulement. Pour généraliser nos résultats, nous les présentons en utilisant les nombres adimensionnels pertinents de l'écoulement, y compris le nombre de Reynolds (Re) qui représente les contraintes inertielles par rapport aux contraintes visqueuses, le nombre de Froude (Fr) qui montre le rapport des forces d'inertie aux forces de flottabilité, le nombre d'Archimède (Ar) et le nombre de flottabilité (χ) qui sont tous deux le rapport des contraintes de flottabilité aux contraintes visqueuses, le nombre de Bingham (B) qui représente la limite d'élasticité par rapport aux contraintes visqueuses, le rapport de viscosité (M), l'angle d'inclinaison (β), le rapport de rayon (Rc) qui est le rapport du rayon intérieur du tube intérieur au rayon intérieur du tube extérieur, le rapport d'aspect (δ) qui représente le rapport de la hauteur de dégagement au rayon intérieur du tube extérieur, et l'excentricité (E). Pour les flux d'injection miscibles flottants iso-visqueux, on observe quatre étapes distinctes au cours du développement du flux: le jet initial, la région de mélange, la région d'affaissement et le front de fluide lourd atteignant l'extrémité de la conduite et retournant vers la région de mélange. Les caractéristiques de l'écoulement sont quantifiées pour chaque phase d'écoulement, sur la base de Re, Ar, Fr et β. Cette étude est ensuite étendue aux effets des rapports de viscosité faibles à modérés (0.04 ≤ M ≤1), à divers rapports d'aspect (δ) et à la dynamique de l'écoulement dans la région annulaire entre la conduite d'injection (intérieure) et la conduite extérieure. On constate que le placement de fluide le plus efficace se produit lorsque δ est petit. En outre, la diminution de M améliore l'élimination du fluide in situ, en augmentant la vitesse du front du fluide lourd dans la section circulaire du domaine d'écoulement. Les résultats des flux d'injection de contrastes de viscosité élevés (0.0025 ≤ M ≤ 0.10) montrent qu'une séparation du front du fluide lourd se produit lorsque M est petit, Re est grand, et β ≫ 30, ce qui conduit à classer les flux en régimes de séparation et de non-séparation, dans un plan de groupe adimensionnel basé sur une combinaison de Ar, β, Re, et M. Pour l'injection miscible flottante d'un fluide à forte limite d'élasticité dans un fluide newtonien léger, des expériences complémentaires et une modélisation semi-analytique ont permis d'identifier trois régimes d'écoulement distincts, à savoir les régimes de rupture, d'enroulement et de flambage (bulging). Dans cette étude, un modèle d'approximation de la lubrification est développé en utilisant l'équation constitutive de Herschel-Bulkley. Sur la base d'une prédiction raisonnable du début de la cédulation, les régimes d'écoulement sont classés par rapport à une combinaison élégante des paramètres d'écoulement sans dimension, y compris B, χ, M, et δ. Un bon accord est obtenu entre la carte des régimes d'écoulement fournie par le modèle et les expériences. Le modèle permet d'étudier les variations de la limite de transition du régime en fonction du rapport des rayons (Rc) et de l'excentricité (E). Les trois principaux régimes d'écoulement observés sont étudiés plus en détail à l'aide de techniques d'imagerie par caméra à grande vitesse, de fluorescence induite par laser et de vélocimétrie Doppler à ultrasons. En conséquence, les caractéristiques détaillées de l'écoulement et les sous-régimes à plus long terme sont analysés. En particulier, le régime de rupture est étudié en termes de processus de cédulation, d'encolure et de pincement, de longueur des filaments et de leurs comportements de chute ultérieurs. Le régime d'enroulement est évalué en termes de comportements d'enroulement régulier, libre et irrégulier. Enfin, le régime de flambage (bulging) est analysé en termes d'apparition d'une partie tombante détachée et de profondeur de pénétration maximale. / Oil and gas wells have their own life cycle: drilling, production, and eventually plug and abandonment (P&A) of the wells. P&A operations usually involve the placement of a cement plug in specified sections of the wellbore, to provide zonal isolations and prevent any leakages. One of the common cement plug placement techniques is the dump bailing method, in which cement slurry is injected via an eccentric container into the wellbore filled with an in-situ fluid. The process is affected by various flow parameters, such as the density difference (buoyancy), the injection rate, the geometrical considerations, the inclination angle, the viscosity ratio, and the yield stress. Motivated by this industrial application, in this Ph.D. thesis, buoyant miscible injection flow of a heavy (dense) fluid into an inclined closed-end pipe filled with a light (less dense) fluid is studied. To do so, experiments accompanied by complementary semi-analytical and computational methods are used to analyze the effects of the aforementioned parameters on the flow dynamics. To generalize our results, we present them using the relevant dimensionless numbers of the flow, including the Reynolds number (Re) which represents the inertial stresses to the viscous stresses, the Froude number (Fr) which shows the ratio of the inertial forces to the buoyant forces, the Archimedes number (Ar) and the buoyancy number (χ) which both are the ratio of the buoyant stresses to the viscous stresses, the Bingham number (B) which represents the yield stress to viscous stresses, the viscosity ratio (M), the inclination angle (β), the radius ratio (R[subscript c]) which is the ratio of the inner radius of the inner pipe to the inner radius of the outer pipe, the aspect ratio (δ) which represents the ratio of the releasing height to the inner radius of the outer pipe, and the eccentricity (E). For iso-viscous buoyant miscible injection flows, four distinct flow stages during the flow development are observed: the initial jet, the mixing region, the slumping region, and the heavy fluid front reaching the pipe end and returning toward the mixing region. The flow features are quantified for each flow stage, based on Re, Ar, Fr and β. Then, this study is extended by considering the effects of low-to-moderate viscosity ratios (0.04 ≤ M ≤1), various aspect ratios (δ), and taking into account the flow dynamics in the annular region between the injection (inner) pipe and the outer pipe. It is found that the most efficient fluid placement occurs when δ is small. Also, decreasing M enhances the removal of the in-situ fluid, via increasing the heavy fluid front velocity in the circular section of the flow domain. The results of high viscosity contrasts (0.0025 ≤ M ≤ 0.10) injection flows show that a heavy fuid front separation occurs when M is small, Re is large, and β ≫ 30, leading to classify the flows into separation and non-separation regimes, in a dimensionless group plane based on a combination of Ar, β, Re, and M. For the buoyant miscible injection of a heavy yield stress fluid into a light Newtonian fluid, using complementary experiments and semi-analytical modelling, three distinct flow regimes, namely, the breakup, coiling, and buckling (bulging) regimes are identified. In this study, a lubrication approximation model is developed using the Herschel-Bulkley constitutive equation. Based on a reasonable prediction to the yielding onset, the flow regimes are classified versus an elegant combination of the dimensionless flow parameters, including B, χ, M, and δ. A good agreement is achieved between the flow regime map provided by the model and experiments. Using the model, the regime transition boundary variations versus the radius ratio (R[subscript c]) and the eccentricity (E) are investigated. The three main observed flow regimes are further investigated based on high-speed camera imaging, laser-induced fluorescence, and ultrasound Doppler velocimetry techniques. Accordingly, detailed flow features and sub-regimes at longer times are analyzed. In particular, the breakup regime is studied in terms of the yielding, necking and pinch-off process, the length of filaments, and their subsequent falling behaviours. The coiling regime is evaluated in terms of the regular, free and irregular coiling behaviours. Finally, the buckling (bulging) regime is analyzed in terms of the appearance of a detached falling part and the maximum penetration depth.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2014-2015 / Cette thèse présente une étude de la turbulence et du scalaire passif dans la zone autosimilaire d’un jet rond libre faiblement chauffé, caractérisé par un haut nombre de Reynolds ([symbol]). D’abord, une analyse des limitations des sondes à fils chauds croisés stationnaires basée sur des mesures LDV est présentée. Celle-ci met en évidence l’importance des événements de vitesse à grands angles d’incidence dans les valeurs mesurées. Ensuite, la turbulence et la chaleur employée comme scalaire passif dans le jet sont étudiées à l’aide du LDV, de la thermométrie à fil froid et d’une combinaison de ces deux méthodes. On mesure ainsi les distributions radiales des valeurs moyennes et des moments de vitesse, de température et de leurs corrélations croisées. Ces statistiques incluent notamment [symbol]. Ces mesures sont caractérisées par un contrôle précis des conditions aux limites et une grande convergence statistique. On remarque un bon accord entres les valeurs mesurées de [symbol] , [symbol] ainsi que [symbol] et leur expressions analytiques, dérivées des équations de continuité, du mouvement moyen et d’enthalpie, respectivement. Les bilans de transports de l’énergie cinétique turbulente (k), du scalaire passif ([symbol] ) ainsi que des flux de chaleur turbulents [symbol] sont ensuite établis, dans le même écoulement de jet rond faiblement chauffé. Pour le bilan de k, le modèle proposé par Lumley (1978) est employé pour représenter les termes de diffusion de pression. Pour les deux bilans, l’intégration à zéro sur un volume de contrôle des termes de diffusion est vérifiée et la portée de ce critère de validité est analysée. Aussi, les restes des deux bilans constituent leurs termes de dissipation respectifs, ek et eq . Dans le cas de ek, le modèle prédictif mis de l’avant par Thiesset et al (2014) ainsi qu’une analyse originale des bases de données de Panchapakesan & Lumley (1993a) et de Hussein et al (1994) laisse entrevoir une possibilité de réconciliation en ce qui a trait aux résultats produits par ces deux expériences réputées. Les budgets des composantes du tenseur de Reynolds ([symbol] ) sont aussi établis et analysés. La valeur de eq sur l’axe du jet est employée comme référence dans une étude exhaustive des techniques de mesures directes de ce taux de dissipation. Cette étude expose clairement les difficultés de ces mesures, notamment par des analyses spectrales. Les données amassées permettent d’établir les distributions radiales de paramètres d’intérêt pour la modélisation, tels que la viscosité tourbillonnaire ([symbol] ), la diffusivité tourbillonnaire ([symbol] ) et le nombre de Prandtl turbulent ([symbol] ). L’assomption de [symbol] constant est examinée. Le ratio entre les échelles de temps de dissipation de température et d’énergie cinétique turbulente (R) est aussi calculé et analysé. / This thesis presents a study of the turbulence generated by a slightly heated turbulent round jet, evolving in still air. The study focuses on the self-preserving region of the high Reynolds number jet ([symbol] ). The jet is heated to only 20°C above ambient, so that temperature is treated as a passive scalar. In the first chapter of the thesis, a new and novel analysis of the stationary crossed hot wire probes based on unbiased LDV data is exposed, thus revealing the importance of the wide incidence angle events on the measured values. LDV, cold wire thermometry and a combination of both methods is used to study the slightly heated jet. Radial distributions of mean velocities and heating level, second and third order moments of fluctuating velocity and temperature ([symbol]) along with cross correlations, such as [symbol] are made available. During data acquisition, great attention was devoted to the close control of boundary conditions and statistical convergence. The measured values of V, uv as well as vq are in good agreement with their analytical expressions, provided by continuity, mean momentum and enthalpy equations, respectively. The transport budgets for the turbulent kinetic energy, ([symbol] ), passive scalar ([symbol] ), and temperature turbulent fluxes ([symbol] ) are then established using the data acquired in the very same, slightly heated, jet flow. The model introduced by Lumley (1978) for the pressure diffusion, is used as a surrogate for this term, in the case of the k budget. The integration to zero of the diffusion terms of both budgets over a control volume is verified. The significance of this validity criterion is analysed. The remainders of both budgets, are their respective dissipation terms, ek and eq . In the case of ek, the predictive model recently put forward by Thiesset et al (2014) along with a novel treatment of the databases of Panchapakesan & Lumley (1993a) and Hussein et al (1994), may help bring the outcome of the two famous experiments to a reconciliation. The Reynolds stress tensor component budgets were also established, leading to an analysis of the importance of the redistribution terms. The [symbol] value provided by the [symbol] budget is used as a reference in an exhaustive study of the means of dissipation measurement, on the centerline of the jet. This study reveals the shortcoming of the direct measurements of eq , namely thought spectral analysis. Radial distributions of turbulence modeling parameters, such as turbulent momentum viscosity ([symbol] ), turbulent thermal diffusivity ([symbol] ) and turbulent Prandtl number ([symbol] ) were established. The assumption of a constant PrT is scrutinized. The radial distribution of the thermal-to-mechanical timescale ratio (R) is calculated and analysed.