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Les interactions entre décharges Nanosecondes Répétitives Pulsées et des écoulements de gaz laminaires sont étudiées. L’influence d’écoulements d’air stationnaires et instationnaires sur les régimes de décharges NRP est étudiée et les résultats interprétés au moyen de nombres adimensionnels afin de mettre en évidence l’effet synergétique du nombre d’impulsions appliquées, ainsi que de la puissance des pulses, sur le régime de décharge NRP observé. Une étude de l’effet de flammes méthane-air laminaires prémélangées sur des décharges NRP est ensuite présentée. Dans les deux configurations expérimentales utilisées, un effet de la flamme sur les décharges NRP en régime couronne est démontré. De plus, l’influence du mélange de gaz entre les électrodes sur la forme des décharges plasma est démontrée. Enfin, l’effet de décharges NRP en régime couronne sur des flammes plates laminaires prémélangées est étudié. Les décharges NRP entraînent un déplacement de la flamme vers l’amont. Des simulations numériques de flammes axisymétriques sont ensuite réalisées.Cette étude met en évidence l’effet des décharges NRP sur une flamme et donne des indications sur le phénomène à l’origine de cet effet, à savoir l’augmentation de la vitesse de flamme laminaire par le biais de la génération de chaleur et d’ozone par les décharges plasma. De plus, l’étude démontre l’effet opposé de mélanges réactifs sur les décharges NRP. Les décharges NRP sont modifiées par le phénomène de convection du gaz entre les électrodes ainsi que par la constitution de ce gaz. / The interactions between Nanosecond Repetitively Pulsed plasma discharges and laminar reactive flows are investigated.The influence of steady and unsteady air flows on the regimes of NRP discharges is investigated. The results are interpreted with the use of characteristic dimensionless numbers; this analysis allows to highlight a synergetic effect between the high-voltage pulses as well as the power of the pulses on the NRP discharge regime observed. Then, an investigation of the effect of laminar premixed methane-air flames on NRP discharges is presented. An effect of the flame on the NRP corona discharges is displayed; this effect is a function of the proximity of the flame to the discharges. the influence of the inter-electrode gas mixture on the shape of the plasma discharges is also visually assessed. Finally, the effect of NRP corona discharges on laminar premixed flat flames is investigated. The NRP discharges induce a displacement of the flame in the upstream direction which is verified with numerical simulations.This study displays the effect of NRP discharges on a flame and gives insights as to the phenomenon underlying this effect. Moreover, the study highlights the opposite effect of reactive mixtures on the NRP discharges. The visual modification of the NRP discharges is a function of the transport of the inter-electrode flow and of the nature of the gas itself.

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Les travaux de thèse sont consacrés à l’étude numérique de l’application de macro-déformations successives alternées a la paroi d’un tube. La modification de l’écoulement du fait des déformations permet de modifier ses propriétés en termes de transfert thermique et de mélange. L’objectif de l’étude d’un tel dispositif est entre autre de l’appliquer pour des configurations d’échangeurs multifonctionnels, qui sont à la fois échangeurs de chaleur et réacteurs chimiques. L’étude s’intéresse principalement aux écoulements laminaires. Les calculs sont réalisés avec le code ANSYS Fluent. L’étude est tout d’abord consacrée à la caractérisation de l’écoulement secondaire créé par les déformations ainsi qu’à l’influence des différents paramètres de déformation. Afin d’améliorer le mélange dans l’écoulement, l’étude d’une configuration coaxiale déformée a été envisagée (cette géométrie correspond de plus à une configuration d’écoulement utilisée dans l’industrie). Deux configurations annulaires ont été considérées. Dans un premier temps, les déformations pariétales ont été appliquées aux tubes interne et externe : différents déphasages longitudinaux et angulaires entre ces deux déformations ont été étudiés pour optimiser les performances thermo-hydrauliques. La seconde configuration combine des déformations sur la paroi externe et un swirl sur la paroi interne de la géométrie. Cette configuration particulière permet en régime laminaire d’augmenter significativement le mélange du fait de l’apparition d’advection chaotique dans l’écoulement. Cette dernière géométrie est appliquée dans le cas d’un échangeur solaire à concentration et permet d’améliorer les performances par rapport à un tube lisse dans des conditions similaires. La dernière partie de l’étude est consacrée à une validation expérimentale des résultats numériques lorsque les déformations sont appliquées à une plaque. Des mesures par PIV et LDA ont été réalisées pour mesurer la vitesse locale de l’écoulement. / The work presented here is focused on the numerical study of specific successive wall deformations in alternate directions, applied to a tubular geometry. Those deformations help modifying the flow structure and thus its heat transfer and mixing properties. One of the main aims of the study is to apply those deformations to multifunctional exchangers which are heat exchangers and chemical reactors at the same time. The study is mainly focused on laminar flows and all the numerical calculations were performed using the CFD code ANSYS Fluent. The first step of the study is to assess the secondary flow created by the wall deformations. The influence of several deformation geometrical parameters has also been studied. In order to enhance the mixing in the deformed tube, the wall deformations have been applied to coaxial configurations (often used in the industry). Two kinds of annular configurations have been evaluated. At first, the wall deformations are applied to the external and internal walls of the coaxial tube. The effect on the heat transfer enhancement of the longitudinal and angular phase-shifting between the two deformations has been specifically assessed. The second configuration considered combines the alternate deformations on its external walls and a swirled internal wall. This particular annular configuration creates chaotic advection in laminar flows, therefore helping increasing the mixing. This geometry is used as a solar captor and helps increasing the global performances when compared with a smooth tube usually used. The last part of the presented work is focused on the experimental validation of the numerical results. Techniques such as PIV and LDA are used to measure local velocity fields in a plane duct with alternate deformations applied to its lower wall.

L'objectif de la thèse est d'étudier les mécanismes d'allumage d'un noyau de flamme en écoulements laminaires et turbulents. Dans un premier temps, une étude préliminaire est consacrée à l'analyse du dispositif d'allumage par étincelle induite par laser et à l'étude de l'initiation du noyau de flamme en écoulement laminaire prémélangé. Dans un second temps, l'étude de l'allumage est réalisée en écoulement turbulent prémélangé, afin de mettre en évidence l'effet des fluctuations turbulentes de vitesse sur l'initiation de noyau de flamme. Enfin, dans le cas d'un écoulement turbulent nonprémélangé, l'influence du champ local et instantané de fraction de mélange sur l'allumage et le développement du noyau de flamme est analysée. / The aim of the Ph-D thesis is to study ignition mechanisms of a flame kernel in laminar and turbulent flows. First, a preliminary study is devoted to the analysis of the laser-induced spark ignition system and to the study of the flame kernel initiation in premixed laminar flow. Then, the study of the ignition is performed in turbulent premixed flow, to highlight the influence of velocity turbulent fluctuations on the flame kernel initiation. Finally, in turbulent non-premixed flows, the effect of the local and instantaneous mixture fraction on the flame kernel initiation and development is analyzed.

Le polymer flooding est une des techniques de récupération assistée des hydrocarbures (RAH) ; elle consiste à injecter une solution de polymères de forte masse moléculaire afin de déplacer plus efficacement le pétrole emprisonné dans la roche. Cependant, une limite importante de cette technique est la possible dégradation mécanique des polymères au cours de l'injection et dans le réservoir, due à une scission des chaînes macromoléculaires induite par l’écoulement. Ce travail de thèse a pour objectif de mieux comprendre les mécanismes et scénarios de scission, mais aussi leur impact sur le procédé de polymer flooding. Nous nous sommes intéressés au seuil de dégradation mécanique de solutions de poly(oxyde d’éthylène) et de de polyacrylamide partiellement hydrolysé, pour différents régimes de concentration (solutions diluées et semi-diluées) en régime laminaire et inertiel, et pour des solvants de différentes qualités. L’étude de la dégradation mécanique des solutions et de leur impact sur les propriétés rhéologiques a été menée à l’aide de différents dispositifs de dégradation et de différents rhéomètres, dont un dispositif microfluidique en élongation ; ces techniques de mesure ont été combinées à des mesures de distribution de masses moléculaires par chromatographie d’exclusion stérique couplée à la diffusion de lumière. L’étude montre en premier lieu qu’une composante élongationnelle est indispensable pour dégrader les chaînes macromoléculaires en solution. Les résultats mettent aussi clairement en évidence que les mécanismes de dégradation sont très différents en régime dilué et semi-dilué. En régime dilué, la dégradation mécanique des solutions de polymères est indépendante du régime d’écoulement et affecte préférentiellement les macromolécules de fortes masses, avec une scission en milieu de chaîne. En revanche, en régime semi-dilué, la dégradation mécanique dépend du régime de l’écoulement : en écoulement laminaire, la dégradation est gouvernée par le réseau d’enchevêtrements et la scission des chaînes est aléatoire, tandis qu’en régime inertiel, les chaînes se dégradent comme en régime dilué, avec le même scénario de scission en milieu de chaîne. Par ailleurs, les résultats montrent que les propriétés rhéologiques en élongation peuvent être très fortement impactées par la dégradation mécanique. Enfin, les résultats de l’étude préliminaire des propriétés d’injectivité dans un milieu poreux d’une solution de polymère semi-diluée faiblement dégradée montrent que la dégradation mécanique améliore l’injectivité du polymère aux abords du puits. / Polymer flooding is a technique used in enhanced oil recovery; it consists in injecting high molecular weight polymer solutions in order improve oil sweep efficiency in the reservoir. However, polymer flooding is challenged by possible mechanical degradation of polymer solutions during injection and in the reservoir, due to the flow induced scission of macromolecules. This work aims at better understanding the scission mechanisms and scenarios, but also their impact on polymer flooding. We investigated the onset of mechanical degradation of poly(ethylene oxide) and partially hydrolysed polyacrylamide solutions, for different concentration regimes (dilute and semi-dilute regimes), under laminar or inertial conditions, but also under good or bad solvent conditions. The study of mechanical degradation of polymer solutions and their impact on the rheological properties was performed using different degradation devices and different rheometers, including a microfluidic extensional device; these investigation techniques were combined with measurements of the molecular weight distributions using size exclusion chromatography coupled with light scattering experiments. The study first shows that an extensional component is needed to get a mechanical degradation of polymer chains. The results also clearly show that the degradation mechanisms are very different in dilute and semi-dilute regime. In dilute regime, the mechanical degradation of polymer solutions does not dependent on flow regime and mainly affects the macromolecules with high molecular weights, with a mid-chain scission scenario. On the other hand, in semi-dilute regime, mechanical degradation depends on flow regime: in laminar flows, degradation is governed by the entanglement network and chain scission is random, whereas in inertial flows, chain degradation is similar to that observed in dilute regime, with the same mid-chain scission scenario. Besides, the results show that the extensional rheological properties can be very strongly affected by mechanical degradation. At last, the results of a preliminary study of the injectivity of a slightly degraded semi-dilute polymer solution in porous media show that mechanical degradation improves polymer injectivity near the wellbore.

La stabilisation et la propagation d’une flamme laminaire pré-mélangée méthane/air dans un canal étroit, sont revisitées à partir de simulations numériques. La combustion est modélisée à l’aide d’une chimie et de propriétés de transport complexes, ainsi que du couplage des transferts thermiques à l’interface et dans les parois. Premièrement, une procédure de réduction des mécanismes chimiques adaptée à cette application est appliquée. Deuxièmement, la réponse de la forme de flamme lorsque soumise à diverses conditions thermiques est analysée en termes de vitesse de propagation et de topologie de l’écoulement au voisinage du front de réaction. Troisièmement, le mécanisme de transfert thermique déclenchant la propagation de flamme lorsque celle-ci est soumise à un préchauffage est montré être principalement convectif. Pour finir, le rôle prépondérant de la gravité, via l’action du moment barocline, sur la symétrie des flammes se propageant dans des canaux étroits, est démontré. / The flow physics controlling the stabilization and propagation of a methane/air laminar premixed flame in a narrow channel is revisited from numerical simulations. Combustion is described with complex chemistry and transport properties, along with a coupled simulation of heat transfer at and within the wall. First, a chemistry mechanism reduction procedure fitted to this application is applied. Second, the response of the premixed flame shape to various heat transfer conditions is analyzed in terms of flame propagation velocity and flow topology in the vicinity of the reactive front. Third, the heat transfer mechanism triggering the flame movement when this last is submitted to an upstream wall preheating is revealed to be mainly convective. To finish, the preponderant role of gravity, via an impact on the baroclinic torque, in the symmetry breaking of small-scale channel flames is demonstrated.