Weather forecasting relies on the availability of observational data as input parameters. However,such data are not readily available, because of difficulties to collect weather data due toinaccessibility to many places in the world, such as oceans or mountain regions. For this reason,satellite surveillance is a suitable tool to observe the atmosphere in regions where it is notpossible by other means. This master thesis is a study of convective cloud cluster formation over Thailand, conductedthrough satellite image analysis. Characteristics of cloud cluster formations are investigatedthrough an implementation of the Maximum Spatial Correlation Technique (MASCOTTE),described by Carvalho and Jones (2001). This method allows tracking of convective cloud systemsthrough region based analysis of satellite images. The aim of this study is to investigate whether satellite image analysis, through the implementationof the MASCOTTE methodology, can provide characteristics of convective cloud systems,in order to discern convective systems by intensity, accurately enough to be able to discernsevere thunderstorms from ordinary thunderstorms. The annual distribution of the occurrenceof life cycles detected through the analysis is studied, as well as their monthly distribution ofmean and maximum life times. Moreover, the yearly distribution of life cycle mean and minimumbrightness temperatures are analysed, as well as the number of detected split and mergeevents. This is followed by a comparison of life cycle structural properties to investigate thepossibility to use individual parameters, alone or in combination with each other, as indicatorsof the degree of convective activity within life cycles. Yearly distributions were studied in order to verify if this method could reveal seasonal variations,such as the onset period of the wet season, in terms of the occurrence of life cycles andtheir life time. The findings of this study verified that the most convectively intense life cycles exist under theinfluence of the Inter Tropical Convergence Zone (ITCZ), during the onset and beginning ofthe monsoon season. Analysis of life cycle structural properties, showed that properties likemean and minimum brightness temperature as well as fractional convective area, could be usedas indicators to discern between life cycles with different level of convective activity. However,it is concluded that studies, including ground-based remote sensing technologies such asRADAR/LIDAR, as well as data from rawinsondes, needs to be conducted in order to clarifyif it is possible to use this methodology to successfully discern severe thunderstorms fromordinary thunderstorms. / Tillgängligheten av meteorologiska mätdata är väsentlig för att kunna prognostisera väder. Idag är tillgängligheten på dessa data relativt gles, bland annat på grund av svårigheter att mäta på många platser runt om i världen, t.ex över världshaven eller vid otillgängliga bergsområden. Därför är satellitövervakning ett bra alternativ till andra typer av väderobservationer, eftersom denna teknik kan tillhandahålla mätdata över stora områden som annars inte är möljiga att samla data från. Denna magisteruppsats är en studie om egenskaper hos konvektiv molnbildning över Thailand. Studien är genomförd med hjälp av satellitbildsanalys. Egenskaper hos olika konvektiva molnceller har studerats genom att använda en metod baserad på ”the Maximum Spatial Correlation Technique” (MASCOTTE), beskriven av Carvalho and Jones (2001). Tanken bakom denna metod är att hitta och följa utvecklingen av olika konvektiva molnceller baserat på deras storlek och temperatur. Målet med studien är att undersöka hurvida denna metoden kan ge kunskap som leder till att man kan skilja på konvektiva celler, genom intensitetsskillnader, med tillräcklig noggrannhet för att kunna urskilja vanliga konvektiva celler från intensiva celler. För att få en uppfattning om förekomsten av intensiva konvektiva system, har antalet detekterade livscykler per månad studerats. För sedan att få en bild av hurvida deras livscykler skiljer sig åt över året, har även egenskaper som medellivslängd och maximal livslängd studerats. Dessutom studerades den årliga fördelningen av livscyklernas medel och minimum temperaturer, samt förekomsten av delningar och sammanslagningar av konvektiva celler. För att finna kunskap om skillnader i intensitet mellan individuella livscykler, har egenskaper som medel och minimum temperatur analyserats. Dessutom har andelen moln med extremt låg temperatur studerats i syfte att kunna använda dessa parametrar som intensitetsindikatorer vid satellitbildsanalys. Resultaten i denna studie visar att de mest intensiva konvektiva molnsystemen (kraftigaste åskvädren), förekommer under påverkan av ITCZ (Inter Tropical Convergence Zone), under antågandet och början av regnperioden. Studier av de konvektiva systemens egenskaper visade att parametrar, som andelen extremt kallt område i molnceller (fractional convective area), och livscyklernas medel och minimum temperaturer, skulle kunna användas som intensitetsindikatorer för att skilja på olika livscykler med avseende på deras styrka i intensitet. Slutsatsen av studien är att det behövs fler studier där andra typer av meteorologiska mätdata, såsom RADAR/LIDAR och sonderingsdata är involverade, för att skaffa ytterligare kunskap om hur man genom satellitbildsanalys kan urskilja kraftiga åskväder.

Cette thèse a pour objectif de démontrer l'intérêt des outils de diagnostic "intelligents" pour application sur les moteurs de fusée. En Europe beaucoup d'efforts ont été faits pour développer quelques techniques innovantes comme les réseaux neuronaux, les méthodes de suivi de raie vibratoire, ou l'identification paramétrique mais peu de résultats sont disponibles quant à la comparaison des performances de différents algorithmes. Un deuxième objectif de la thèse a été celui d'améliorer le système de diagnostic du banc d'essai Mascotte (ONERA/CNES). Il s'agit d'un banc de démonstration pour les moteurs de fusée de type cryogénique représentatif des conditions d'utilisation d'un vrai moteur. Les étapes de la thèse ont été en premier lieu de choisir et d'évaluer des méthodes de diagnostic à base de modèles, en particulier l'identification paramétrique et le filtre de Kalman, et de les appliquer pour le diagnostic d'un système critique du banc Mascotte: le circuit de refroidissement. Après une première validation des nouveaux algorithmes sur des données d'essais disponibles, un benchmark fonctionnel a été mis en place pour pouvoir comparer les performances des algorithmes sur différents types de cas de panne simulés. La dernière étape consiste à intégrer les algorithmes sur les ordinateurs du banc de contrôle de Mascotte pour pouvoir effectuer une évaluation applicative des performances et de leur intégrabilité à l'environnement informatique déjà en place. Un exemple simple de boucle de régulation intégrant l’information du diagnostic est aussi étudié pour analyser l’importance de telles méthodes dans le contexte plus large d’une régulation « intelligente » du banc. / The main objective of this work is to demonstrate and analyze the potential benefits of advanced real time algorithms for rocket engines monitoring and diagnosis. In the last two decades in Europe many research efforts have been devoted to the development of specific diagnostic technics such as neural networks, vibration analysis or parameter identification but few results are available concerning algorithms comparison and diagnosis performances analysis.Another major objective of this work has been the improvement of the monitoring system of the Mascotte test bench (ONERA/CNES). This is a cryogenic test facility based in ONERA Palaiseau used to perform analysis of cryogenic combustion and nozzle expansion behavior representative of real rocket engine operations.The first step of the work was the selection of a critical system of the bench, the water cooling circuit, and then the analysis of the possible model based technics for diagnostic such as parameter identification and Kalman filters.Three new algorithms were developed, after a preliminary validation based on real test data, they were thoroughly analyzed via a functional benchmark with representative failure cases.The last part of the work consisted in the integration of the diagnosis algorithms on the bench computer environment in order to prepare a set-up for a future real time application.A simple closed loop architecture based on the new diagnostic tools has been studied in order to assess the potential of the new methods for future application in the context of intelligent bench control strategies.

Ce travail se situant dans le cadre du Groupement de Recherche « Combustion dans les moteurs-fusées » unissant le CNES, le CNRS, l'ONÉRA et la SNECMA concerne l'étude de l'atomisation secondaire et de la vaporisation turbulente pour la combustion des brouillards. L'objectif principal de cette étude est de fournir des modèles fiables pour les codes de calcul, reproduisant fidèlement les processus élémentaires de la combustion cryogénique dans les moteurs-fusées.<br />Ces modèles sont issus d'études expérimentales précédentes du LCSR, ayant permis d'établir des bases de données.<br />Les calculs sont basés sur la simulation du banc d'essai MASCOTTE (Montage Autonome Simplifié pour la Cryocombustion dans l'Oxygène et Toutes Techniques Expérimentales) de l'ONERA. Les résultats montrent d'une part l'influence de l'atomisation sur la structure du brouillard et de la flamme. D'autre part, les simulations de la vaporisation turbulente mettent en évidence l'influence de la turbulence sur les propriétés des gouttes.

Les écoulements diphasiques jouent un rôle prépondérant dans les moteurs-fusées à ergols liquides cryogéniques, équipant par exemple les lanceurs de la famille Ariane. L'étude expérimentale de tels engins propulsifs étant complexe et onéreuse, disposer d'outils numériques à même de simuler fidèlement leur fonctionnement se révèle être un objectif aussi important qu'ambitieux. La difficulté majeure réside dans le caractère fortement multi-échelles du problème, si bien qu’aucune approche numérique existante n'est capable à elle seule de décrire parfaitement l'ensemble des échelles liquides. Partant de ce constat, les travaux présentés dans cette thèse visent à mettre en place une stratégie de couplage entre des modèles bien adaptés aux différentes topologies d'écoulement diphasique, et ce dans le cadre de la plateforme logicielle multi-physique CEDRE développée par l'ONERA. La démarche adoptée consiste précisément à coupler un modèle à interface diffuse de type ``4 équations'' pour les zones à phases séparées, et un modèle cinétique eulérien pour la phase dispersée, rendant ainsi possible la description de l’atomisation primaire. Par ailleurs, les conditions sévères qui règnent dans les moteurs cryotechniques, où de forts gradients de température, vitesse et densité sont rencontrés, mettent à l'épreuve la robustesse des méthodes numériques. Une nouvelle méthode MUSCL multipente pour maillages non structurés généraux a ainsi été développée, permettant d’améliorer la robustesse et la précision des schémas de discrétisation spatiale. L’ensemble de la stratégie de couplage est finalement appliquée à la simulation du banc Mascotte de l'ONERA pour la combustion cryotechnique. / Two-phase flows play a significant role for the proper functioning of cryogenic liquid-propellant rocketengines, such as those that equip the launchers of the Ariane family. Since the experimental investigationof such propulsion devices is complex and expensive, developing numerical tools able to accuratelysimulate their functioning, is a crucial but nonetheless ambitious objective. The major difficulty is due tothe multiscale nature of the problem, as a result of which there is currently no numerical approach ableto perfectly describe all the liquid scales on its own. Based on this observation the work presented in thisthesis aims at setting up a coupling strategy between models well-adapted to each two-phase flowtopology, in the framework of the ONERA’s multiphysics CEDRE software. The approach adoptedprecisely consists in coupling a 4-equation diffuse interface model for the separated phases and aeulerian kinetic model for the dispersed phase, thus making it possible to describe primary atomization.Besides, the harsh conditions within cryogenic rocket engines, where large temperature, velocity anddensity gradients are encountered, severely challenge the robustness of numerical methods. A newmultislope MUSCL method for general unstructured meshes is thus developed in order to improve therobustness and accuracy of space discretization schemes. The whole coupling strategy is finally appliedto the numerical simulation of the ONERA’s Mascotte test bench for cryogenic combustion research.