Th. doct.-ing.--Méc. des fluides--Toulouse--I.N.P., 1984. N°: 346.

Th. doct.-ing.--Méc.--Toulouse--INP., 1981. N°: 182.

Th. doct.-ing.--Méc. des fluides--Toulouse--I.N.P., 1979. N°: 48.

Th. doct.-ing.--Méc. des fluides--Toulouse--I.N.P., 1977. N°: 8.

Le développement de nouvelles compositions propulsives, pour applications stratégique et spatiale par exemple, conduit à élaborer des charges énergétiques de plus en plus puissantes... / The development of new compositions of propellants, for strategic and space applications for instance, leads to synthesis of more and more powerful energetic materials...

Cette thèse est dédiée à la description et à l'analyse mathématique de phénomènes d'hétérogénéités et de congestion dans les modèles de la mécanique des fluides.On montre un lien rigoureux entre des modèles de congestion douce de type Navier-Stokes compressible qui intègrent des forces de répulsion à très courte portée entre composants élémentaires; et des modèles de congestion dure de type compressible/incompressible décrivant les transitions entre zones libres et zones congestionnées.On s'intéresse ensuite à la modélisation macroscopique de mélanges formés par des particules solides immergées dans un fluide.On apporte dans ce cadre une première réponse mathématique à la question de la transition entre les régimes de suspensions dictés par les interactions hydrodynamiques et les régimes granulaires dictés par les contacts entre les particules solides.On met par cette démarche en évidence le rôle crucial joué par les effets de mémoire dans le régime granulaire.Cette approche permet également un nouveau point de vue pour l'étude mathématique des fluides avec viscosité dépendant de la pression.On s'intéresse enfin à la modélisation microscopique et macroscopique du trafic routier.Des schémas numériques originaux sont proposés afin de reproduire des phénomènes de persistance d'embouteillages. / This thesis is dedicated to the description and the mathematical analysis of heterogeneities and congestion phenomena in fluid mechanics models.A rigorous link between soft congestion models, based on the compressible Navier--Stokes equations which take into account short--range repulsive forces between elementary components; and hard congestion models which describe the transitions between free/compressible zones and congested/incompressible zones.We are interested then in the macroscopic modelling of mixtures composed solid particles immersed in a fluid.We provide a first mathematical answer to the question of the transition between the suspension regime dictated by hydrodynamical interactions and the granular regime dictated by the contacts between the solid particles.The method highlights the crucial role played by the memory effects in the granular regime.This approach enables also a new point of view concerning fluids with pressure-dependent viscosities.We finally deal with the microscopic and the macroscopic modelling of vehicular traffic.Original numerical schemes are proposed to robustly reproduce persistent traffic jams.

L'analyse du comportement d'un solide ou de plusieurs solides à l'intérieur d'un fluide est un problème de longue date, que l'on peut voir décrit dans de nombreux manuels classiques d'hydrodynamique. Son étude d'un point de vue mathématique a suscité une attention croissante, en particulier au cours des 15 dernières années. Ce projet de recherche vise à mettre l'accent sur plusieurs aspects de cette analyse mathématique, en particulier sur le contrôle et les problèmes asymptotiques. Un modèle simple d'évolution fluide-solide est celui d'un seul corps rigide entouré d'un fluide incompressible parfait. Le fluide est modelé par les équations d'Euler, tandis que le solide évolue selon la loi de Newton et est influencé par la pression du fluide sur la limite. L'objectif de cette thèse de doctorat consisterait en diverses études dans cette branche et, en particulier, étudierait les questions de contrôlabilité de ce système, ainsi que des modèles de limite pour les solides minces qui convergent vers une courbe. Nous souhaitons également étudier le système de contrôle Navier-Stokes / solid d'une manière similaire au problème de contrôlabilité du système Euler / solid. Une autre direction pour ce projet de doctorat est d'obtenir une limite lorsque le solide se concentre dans une courbe. Est-il possible d'obtenir un modèle simplifié d'un objet mince évoluant dans un fluide parfait, de la même manière que des modèles simplifiés ont été obtenus pour des objets qui sont petits dans toutes les directions? Cela pourrait ouvrir la voie à des recherches futures sur la dérivation des flux de cristaux liquides comme limite du système décrivant l'interaction entre le fluide et un filet de tubes solides lorsque le diamètre des tubes converge à zéro. / The analysis of the behavior of a solid or several solids inside a fluid is a long-standing problem, that one can see described in many classical textbooks of hydrodynamics. Its study from a mathematical viewpoint has attracted a growing attention, in particular in the last 15 years. This research project aims at focusing on several aspect of this mathematical analysis, in particular on control and asymptotic issues. A simple model of fluid-solid evolution is that of a single rigid body surrounded by a perfect incompressible fluid. The fluid is modeled by the Euler equations, while the solid evolves according to Newton’s law, and is influenced by the fluid’s pressure on the boundary. The goal of this PhD thesis would consist in various studies in this branch, and in particular would investigate questions of controllability of this system, as well as limit models for thin solids converging to a curve. We would also like to study the Navier-Stokes/solid control system in a similar manner to the previously discussed controllability problem for the Euler/solid system. Another direction for this PhD project is to obtain a limit when the solid concentrates into a curve. Is it possible to obtain a simplified model of a thin object evolving in a perfect fluid, in the same way as simplified models were obtained for objects that are small in all directions? This could open the way to future investigations on derivation of liquid crystal flows as the limit of the system describing the interaction between the fluid and a net of solid tubes when the diameter of the tubes is converging to zero.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2013-2014. / Ce mémoire présente l'étude expérimentale de l'écoulement dans le canal inter-aube d’une roue de turbine de type bulbe. Pour ce faire, deux campagnes de mesures ont été réalisées. La première a fait usage de l’anémométrie laser à effet Doppler (LDV). La seconde campagne a fait appel à l’anémométrie par image de particules (PIV) et à un montage stéréoscopique endoscopique conçu sur mesure pour atteindre la région ciblée. Les données recueillies permettent de caractériser plusieurs phénomènes. L’importance du sillage des directrices entre les aubes de la roue est mise en évidence par les deux techniques de mesure. La campagne de mesure par LDV permet plus spécifiquement de cibler les tourbillons de jeu de bout d’aube et d’identifier des débalancements fixe et rotatif. En complément, les mesures par PIV révèlent la présence d’un tourbillon qui provient du bord d’attaque près du moyeu lorsque la turbine opère à charge partielle. / This work presents the experimental study of the flow in the inter-blade channel of the runner of a bulb turbine. To do so, two measurement campaigns were carried out. The first used laser Doppler velocimetry (LDV). The second campaign used particle image velocimetry (PIV) and a custom designed stereoscopic endoscopic setup allowed reaching this otherwise difficult to access measurement plane. A comparison of the two sets of data collected indicates a good match over the entire area on which they overlap. The gathered data allows characterising many phenomena. The importance of the guide vanes wake on the runner flow is highlighted by both measurement techniques. The LDV measurement campaign allows characterizing the blade tip vortices and identifying fixed and rotary flow imbalances. In addition, the PIV measurements reveal the presence of a vortex that originates from the leading edge near the hub when the turbine operates at partial load.

Ce mémoire de maîtrise présente l'étude réalisée an d'obtenir une mesure de référence du frottement pariétal dans le canal hydrodynamique conçu par Coulaud (2013). Ce canal est destin é à étalonner des capteurs de frottement pariétal afin de pouvoir obtenir un meilleur aperçu de l'écoulement dans les turbines hydrauliques. Le canal hydrodynamique du laboratoire doit alors représenter un écoulement de Poiseuille plan dont le frottement pariétal moyen est connu. Ainsi, le frottement pariétal moyen a été obtenu par une mesure du gradient longitudinal de pression. Utilisée lors des essais préliminaires de Coulaud (2013), cette méthode a été améliorée par l'emploi d'un manomètre à 13 colonnes d'eau. À cause du rapport de forme du canal, le frottement pariétal moyen obtenu par le gradient longitudinal de pression doit être corrigé (Vinuesa et al., 2015) pour devenir une valeur de référence. Afin de vérifier ces résultats, une autre méthode de mesure du frottement pariétal basée sur les fluctuations des composantes débitante et transversale de la vitesse a été mise en place. Un système de vélocimétrie laser à effet Doppler (LDV) a été utilisé pour ces expériences. Avec les deux méthodes de mesure, la tendance d'évolution du frottement pariétal moyen en fonction du nombre de Reynolds est identique. Par contre, un écart significatif entre les valeurs obtenues est mesuré. En effet, par la méthode utilisant le LDV, la valeur du frottement pariétal moyen est toujours supérieure à celle issue du gradient longitudinal de pression. Dans l'objectif de confirmer que l'écoulement dans la section centrale du canal était conforme à l'écoulement de Poiseuille plan, le même système LDV a été utilisé. En effet, les profils transversaux des grandeurs moyennes et des niveaux de turbulence des composantes débitante et transversale de la vitesse ont montré que l'écoulement est pleinement développé et bidimensionnel. / This Master's thesis presents the study conducted to obtain a reference measurement of the wall shear stress in the hydrodynamic channel designed by Coulaud (2013). This channel is destined to calibrate wall shear stress sensors in order to get a better understanding of the flow in hydraulic turbines. The laboratory's hydrodynamic channel therefore needs to recreate a planar Poiseuille flow in which the mean wall shear stress is known. Thus, mean wall shear stress was obtained by measuring longitudinal pressure gradient. Used during preliminary tests of Coulaud (2013), this method was improved with a 13 water columns manometer. Because of the aspect ratio of the channel, wall shear stress obtained by this method needs a correction (Vinuesa et al., 2015) to provide a reference value. In order to verify those results, another wall shear stress measurement method based on fluctuations of longitudinal and transverse velocity components was performed. A laser Doppler velocimetry system was used for these experiments. Both methods present the same trends. However, a significant deviation between obtained values is measured. Indeed, with the LDV method, mean wall shear stress values are always greater than those from longitudinal pressure gradient method. To conform that the flow in the central core of the test section was equivalent to a planar Poiseuille flow, the LDV system was used. Indeed, transverse profiles of mean and turbulent levels of longitudinal and transverse velocity components demonstrate that the flow is fully developped and two-dimensional.

Le présent mémoire porte sur l'étude d'un assemblage de cylindres tournants alignés perpendiculairement à un écoulement de fluide. L'objectif est de maximiser l'échange thermique entre les cylindres et le fluide pour un volume donné. À l'aide d'un modèle numérique, les équations de continuité, de Navier-Stokes et de conservation de l'énergie sont résolues puis, la densité de taux de transfert de chaleur est calculée (qui prend en compte l'encombrement de l'assemblage). Celle-ci constitue la quantité à maximiser. Pour cela, il est possible de varier l'espacement entre deux cylindres successifs. Les paramètres fixés dans cette étude sont la vitesse de rotation des cylindres et le gradient de pression dans l'écoulement du fluide (nombre de Bejan). On distingue deux configurations possibles : celle où les cylindres tournent tous dans un même sens, puis celle où le sens de rotation est alterné successivement entre chaque cylindre. Les simulations ont montré que le cas d'un assemblage de cylindres tournants avec sens de rotation alterné est la configuration optimale qui permet de maximiser la densité de taux de transfert thermique. Par la suite, l'efficacité d'un espacement non uniforme entre cylindres a été montrée. En effet, au lieu que les cylindres soient espacés d'une manière equidistante, on peut considérer une configuration telle qu'il y ait une succession de deux cylindres rapprochés puis de deux cylindres éloignés. L'introduction d'une telle excentricité s'est révélée bénéfique en terme de densité de taux de transfert de chaleur. Les résultats de cette étude pourraient être utilisés pour la conception d'échangeur de chaleur haute performance ou de système de dissipation de chaleur. En effet, l'espacement optimal entre les cylindres en rotation et la performance du système pourraient être estimés grâce aux résultats présentés ici. / In this work, we study the thermal behavior of an assembly of rotating cylinders aligned in a cross-flow. Our objective is to maximize the heat transfer density, i.e. the overall heat transfer rate per unit volume. A numerical model is used to solve the conservation equations and to calculate the heat transfer rate density which is to be maximized. In order to do that, many parameters can be varied, such as angular velocity of the cylinders, spacing between cylinders or flow pressure gradient. Two different configurations are used in this work: assembly of co-rotating cylinders and assembly of counter-rotating cylinders. Numerical calculations showed that the counter-rotating configuration is the more efficient in terms of thermal exchange. Also, the assumption of constant spacing between consecutive cylinders was released and it appears that asymmetrical positioning of the cylinders is beneficial in terms of the heat transfer rate density. Indeed, there is an eccentricity for which the thermal exchange efficiency is maximum. The present results could be used for the design of heat exchangers or heat dissipators with rotating cylinders.