Le suivi en temps réel des écoulements turbulents est une tâche difficile ayant des applications dans de nombreux domaines. Un exemple est la mesure des tourbillons de sillage au niveau des pistes d’aéroports afin d’optimiser la distance entre les avions en phase d’approche ou de décollage. Un autre exemple se rapporte au contrôle actif d’écoulements. De tels contrôles peuvent servir à réduire le bruit des avions... Cette thèse vise à développer des outils afin d’estimer en temps réel des champs de vitesse d’écoulements turbulents à partir d’un faible nombre de mesures ponctuelles. Après une étude bibliographique centrée sur une méthode de reconstruction populaire, l’estimation stochastique (SE), ses performances sont évaluées pour la prédiction de champs de vitesse issus d’écoulements de complexité croissante. La précision des estimations obtenues étant très faibles dans certains cas, une analyse précise de la méthode est effectuée. Celle-ci a montré l’effet filtrant de la SE sur le contenu spatial et temporel des champs de vitesse. De plus, le fort impact de la position des capteurs a été mis en avant. C’est pourquoi un algorithme d’optimisation de la position des capteurs est ensuite présenté. Bien que l’optimisation de la position des capteurs mène à une amélioration de la précision des prédictions obtenues par SE, elle reste néanmoins très faible pour certains cas tests. L’utilisation d’une technique issue du domaine de l’assimilation de données, le filtre de Kalman qui combine un modèle dynamique de l’écoulement avec les mesures, a donc été étudiée. Pour certains écoulements, le filtre de Kalman permet d’obtenir des prédictions plus précises que la SE. / Real time monitoring of turbulent flows is a challenging task that concerns a large range of applications. Evaluating wake vortices around the approach runway of an airport, in order to optimize the distance between lined-up aircraft, is an example. Another one touches to the broad subject of active flow control. In aerodynamic, control of detached flows is an essential issue. Such a control can serve to reduce noise produced by airplanes, or improve their aerodynamic performances. This work aims at developing tools to produce real time prediction of turbulent velocity fields from a small number of punctual sensors. After a literature review focused on a popular reconstruction method in fluid mechanics, the Stochastic Estimation (SE), the first step was to evaluate its overall prediction performances on several turbulent flows of gradual complexity. The accuracy of the SE being very limited in some cases, a deeper characterization of the method was performed. The filtering effect of the SE in terms of spatial and temporal content was particularly highlighted. This characterization pointed out the strong influence of the sensor locations on the estimation quality. Therefore, a sensor location optimization algorithm was proposed and extended to the choice of time delays when using Multi-Time-Delay SE. While using optimized locations for the sensors hold some accuracy improvements, they were still insufficient for some test cases. The opportunity to use a data assimilation method, the Kalman filter that combines a dynamic model of the flow with sensor information, was investigated. For some cases, the results were promising and the Kalman filter outperforms all SE methods.

Cette étude est consacrée à la possibilité d'identification des sources acoustiques (les structures cohérentes en particulier) dans la zone de mélange de jets turbulents en utilisant la Décomposition Orthogonales aux Valeurs Propres (POD) appliquée aux fluctuations de pression en champ proche. Lors d'une première expérience, on mesure le champ de pression proche d'un jet transsonique et d'un jet supersonique. Dans les deux cas, les deux premiers modes POD, qui à eux seuls captent l'essentiel de l'organisation spatiale et spectrale, possèdent des comportements similaires à ceux observés dans les éléments bibliographiques. Cependant, la seule connaissance du champ de pression ne suffit pas à l'interprétation physique des modes POD en terme d'organisation turbulente de l'écoulement. Une seconde expérience est alors menée dans une configuration plus simple d'un jet à faible vitesse d'éjection. On mesure simultanément la distribution longitudinale des fluctuations de pression en champ proche et les fluctuations de deux composantes de vitesse dans plusieurs tranches de l'écoulement. On accède ainsi aux corrélations spatiales pression-vitesses sur le domaine bidimensionnel de mesure. A partir de ces corrélations et en utilisant l'Estimation Stochastique Linéaire (LSE), on reconstruit la dynamique des grosses structures dans le domaine de mesure à partir seulement de la distribution longitudinale des fluctuations de pression. On montre que l'estimation du champ tourbillonnaire obtenue est en très bon accord avec la physique des phénomènes aux grandes échelles et on l'utilise pour donner une interprétation physique des modes POD de pression : les quatre premiers modes représentent la partie organisée du champ de pression. Enfin, on effectue une évaluation du rayonnement acoustique en champ lointain de l'estimation du champ tourbillonnaire qui s'avère être conforme à ce qui est attendu.

Ce travail porte sur l’étude des structures cohérentes dans une couche limite de plaque plane à hauts nombres de Reynolds (Reθ=9830 et Reθ=19660). L'estimation Stochastique Linéaire est utilisée pour reconstruire un champ de vitesses résolu en espace et en temps à partir des mesures aux fils chauds à 30 KHz et des mesures PIV à 4 Hz. Une base de données DNS d’un écoulement de canal turbulent a été utilisée pour valider la procédure de reconstruction. Le champ de vitesse reconstruit est comparé à un champ de référence extrait de la DNS avec la visualisation des contours du champ de vitesse, l’analyse spectrale, les corrélations, etc. Par ailleurs, une analyse statistique est réalisée sur le champ de PIV originale, les données issues des fils chauds et celles reconstruites. Les résultats obtenus sont comparés à ceux de Carlier et Stanislas (2005) qui servent de référence. Des algorithmes ont été développés pour extraire les structures cohérentes du champ reconstruit. Les régions de vitesse uniforme sont caractérisées avec leur diamètre hydraulique, leur durée de vie et leur contribution aux tenseurs de Reynolds. Pour les tourbillons, on leur associe un rayon, une circulation et une vorticité en plus de leur durée de vie et leur nombre calculé à une distance fixe de la paroi. L’organisation spatiale des structures est étudiée avec la corrélation de leurs fonctions indicatives. Le modèle simplifié à grandes échelles qui en découle est comparé à ceux qui existent dans la littérature / This study lies in the context of large scale coherent structures (uniform momentum regions and vortical motions) investigation in a near wall turbulent boundary layer at high Reynolds numbers (Reθ=9830 and Reθ=19660).   With a Linear Stochastic Estimation procedure based on correlations computation, a full time-resolved 3 component field is reconstructed at high frequency from stereo-PIV at 4 Hz and hot wire data at 30 kHz . A DNS database of turbulent channel flow was used to validate the reconstruction method. To evaluate the quality of the method, reconstructed velocity fluctuations are compared to refence ones extracted directly from the DNS database.  Furthermore,  a statistical analysis is performed on HWA, PIV and LSE velocity fields. The results obtained are compared to those from Carlier and Stanislas (2005). Algorithms were developed to extract coherent structures from the reconstructed field. Uniform momentum regions are characterized with their mean hydraulic diameter in the YZ plane, their life time and their contribution to Reynolds stresses. The vortical motions are characterized by their position, radius, circulation and vorticity in addition to their life time and their number computed at a fixed position from the wall. The spatial organization of the structures was investigated through a correlation of their respective indicative functions in the spanwise direction . The simplified large scale model that arised is compared to the ones in the literature