Dans le domaine de la modélisation des écoulements turbulents, les approche hybrides RANS/LES ont reçu récemment beaucoup d'attention car ils combinent le coût de calcul raisonnable du RANS et la précision de la LES.Parmi elles, le TPITM (Temporal Partially Integrated Transport Model) est une approche hybride RANS/LES temporelle qui surmonte les inconsistances du raccordement continu du RANS et de la LES grâce à un formalisme de filtrage temporel. Cependant, le modèle TPITM est relativement difficile à mettre en œuvre et, en particulier, nécessite l'utilisation d'une correction dynamique, contrairement à d'autres approches, notamment la DES (Detached Eddy Simulation).Cette thèse propose alors une approche hybride RANS/LES similaire à la DES, mais basée sur un filtrage temporel, déduite du modèle TPITM par équivalence, c'est-à-dire en imposant la même partition entre énergies résolue et modélisée. Ce modèle HTLES (Hybrid Temporal LES) combine les caractéristiques de la DES (facilité de mise en œuvre) et du TPITM (formalisme consistant, justification théorique des coefficients).Après calibration en turbulence homogène, l'approche est appliquée à des cas d'écoulements autour de cylindres carrés puis rectangulaires. La modélisation des tensions de sous-filtre est une adaptation au contexte hybride du modèle RANS k-wSST.

La corrosion des armatures internes en acier dans les structures en béton armé constitue une cause importante de dégradation, ce qui pourrait réduire significativement leur durée de vie, engendrer des coûts de maintenance élevés et mettre en danger la sécurité des usagers. Les basses températures en Amérique du Nord et l'utilisation des sels de déglaçage sont des facteurs accélérant l'apparition et le développement de la corrosion des armatures en acier. D'importants travaux de recherche ont été réalisés pour inhiber ou retarder ce type de dégradation. L'utilisation des Polymères Renforcés de Fibres (PRF) comme armature interne dans le béton est une solution très prometteuse. Les PRF ont d'excellentes propriétés mécaniques, un faible poids et ont l'avantage d'être non corrodables. L'utilisation de ces matériaux composites est maintenant élargie aux éléments structuraux et non structuraux soumis à des efforts de flexion et/ou de cisaillement et encadrée par les règlements canadiens de conception des bâtiments et des ponts. Cependant, l'utilisation des PRF dans les éléments structuraux soumis à des efforts de compression tels que les colonnes en béton n'est pas bien documentée et les performances structurales qu'engendre ce type d'association sont encore méconnues. Le travail présenté dans cette thèse a pour objectif, à travers une étude expérimentale, d'observer le comportement en compression de colonnes en béton comprenant des armatures longitudinale et transversale en PRF et faisant intervenir plusieurs paramètres. Le choix de paramètres pertinents permet de comprendre les mécanismes de résistance et de rupture de ce nouveau type d'éléments, et de faciliter la modélisation de leur comportement à travers des modèles analytiques simples, pouvant être utilisés par les ingénieurs-concepteurs. Le programme expérimental comprend 24 colonnes en béton avec des dimensions de 350x350x1400 mm, représentatives des colonnes d'usage dans le bâtiment. Parmi ces colonnes, une n'avait aucune armature, deux étaient entièrement renforcées avec de l'acier et les 21 colonnes restantes étaient confinées avec des armatures transversales en PRF, tandis que leur armature longitudinale était en PRF ou en acier. Plusieurs paramètres ont été étudiés, ces derniers sont liés majoritairement aux armatures transversales et à leur capacité à confiner le béton afin d'augmenter sa résistance en compression et sa déformabilité axiale (ductilité). Ainsi, deux types de cadres ont été utilisés, le premier dit "ouvert", était fait d'assemblage de parties en "C" et l'autre "fermé" découpé dans une spirale continue de forme carrée ou rectangulaire. Les armatures transversales avaient trois configurations plus ou moins complexes et qui dépendent du nombre de barres longitudinales qu'elles retiennent, leur matériau était en PRF de verre ou de carbone et différents espacements ont été utilisés. Les paramètres liés à l'armature longitudinale étaient le taux dans la section de béton ainsi que le type de matériau : des barres en PRF de verre, de carbone et en acier ont été utilisées. Les résultats des essais expérimentaux ont montré que le béton confiné avec des armatures transversales en PRF pouvait atteindre des gains significatifs en termes de résistance à la compression et en déformabilité axiale. Ces gains sont liés à la configuration et à l'espacement des armatures transversales, en effet plus ces dernières sont complexes (cadres multiples) et rapprochées, plus le gain est important. Dans certains cas, l'utilisation des PRF de carbone permet d'atteindre une plus grande résistance que dans les cas du verre. L'utilisation des cadres fermés assure aux colonnes un mode de rupture moins fragile que celui observé pour celles ayant des cadres ouverts. L'utilisation des armatures longitudinales en acier procure aux colonnes une plus grande ductilité comparativement aux barres en PRF. En ce qui concerne la modélisation et la prédiction des performances de ce nouveau type de colonnes, un modèle de confinement a été développé pour calculer la résistance à la compression du noyau de béton des colonnes confinées avec des PRF, une équation empirique permettant d'estimer la contribution des armatures longitudinales en PRF a été développée. De plus, d'autres équations ont aussi été proposées pour calculer la capacité portante des colonnes à des fins de conception, la contribution des barres longitudinales en PRF n'étant pas négligeable comme suggéré par le CSA S806.

Dans le domaine de la modélisation des écoulements turbulents, les approche hybrides RANS/LES ont reçu récemment beaucoup d’attention car ils combinent le coût de calcul raisonnable du RANS et la précision de la LES.Parmi elles, le TPITM (Temporal Partially Integrated Transport Model) est une approche hybride RANS/LES temporelle qui surmonte les inconsistances du raccordement continu du RANS et de la LES grâce à un formalisme de filtrage temporel. Cependant, le modèle TPITM est relativement difficile à mettre en œuvre et, en particulier, nécessite l’utilisation d’une correction dynamique, contrairement à d’autres approches, notamment la DES (Detached Eddy Simulation).Cette thèse propose alors une approche hybride RANS/LES similaire à la DES, mais basée sur un filtrage temporel, déduite du modèle TPITM par équivalence, c’est-à-dire en imposant la même partition entre énergies résolue et modélisée. Ce modèle HTLES (Hybrid Temporal LES) combine les caractéristiques de la DES (facilité de mise en œuvre) et du TPITM (formalisme consistant, justification théorique des coefficients).Après calibration en turbulence homogène, l’approche est appliquée à des cas d’écoulements autour de cylindres carrés puis rectangulaires. La modélisation des tensions de sous-filtre est une adaptation au contexte hybride du modèle RANS k-wSST. / In the field of modelling of turbulent flows, hybrid RANS/LES approaches have recently received a considerable attention due to the combination of the computational cost of RANS and the accuracy of LES.Among them, TPITM (Temporal Partially Integrated Transport Model) is a hybrid RANS/Temporal LES approach that overcomes the inconsistency of the continuous bridging of RANS and LES by using a temporal filtering formalism. However, TPITIM is relatively difficult to implement and, in particular, requires a dynamic correction, contrary to other approaches, in particular DES (Detached Eddy Simulation).The present thesis then proposes a hybrid RANS/LES approach similar to DES, but based on temporal filtering, derived from TPITM using an equivalence criterion, i. e., imposing the same partition of among resolved and modeled energies. This HTLES approach (Hybrid Temporal LES) combines the characteristics of DES (ease of implementation) and of TPITM (consistent formalism, theoretical justification of the coefficients).

Ce travail porte sur l’étude expérimentale et numérique de l’écoulement des mousses humides dans un canal horizontal droit de section carrée avec ou sans singularités. Il est consacré tout particulièrement à déterminer les paramètres pertinents de l’écoulement dont la chute de pression longitudinale, les champs de vitesse de l’écoulement de mousse en proche parois, les épaisseurs de films liquides minces et épais en paroi et l’évolution de la contrainte pariétale pour une mousse humide dont la fraction gazeuse varie de 55 à 85% et la vitesse débitante de la mousse est 2, 4 puis 6 cm/s. Une fois ces paramètres déterminés en conduite horizontale droite, nous avons ensuite effectué des mesures sur différentes géométries représentant un élargissement brusque, une chicane verticale et écoulement de mousse autour d’un cylindre, dont le but est d’étudier la réorganisation de l’écoulement en vue de déterminer le comportement rhéologique des mousses en écoulement à l’aval et à l’amont des singularités. Finalement, une étude de simulation numérique (CFD) en utilisant les lois de comportement de type Bingham, pour fluides non newtoniens, a été effectuée afin de tester sa capacité de représenter des écoulements type mousse humide dans une conduite horizontale avec ou sans singularités. Nous avons vérifié tout d’abord l’évolution longitudinale de la pression statique qui est linéaire à l’amont comme à l’aval loin des zones influencées par les singularités. La chute de pression singulière reste à peu près constante pour une vitesse débitante donnée de la mousse. À partir de la technique de Vélocimétrie par Image de Particule (PIV), nous avons déterminé les composantes de vitesse au voisinage immédiat des singularités. Ces mesures nous ont permis de mettre en évidence l’existence de différents régimes d’écoulement, et de déterminer la réorganisation et le comportement rhéologique de l’écoulement de mousse autour des géométries étudiées. L’analyse des mesures d’épaisseur de films liquides, obtenues par la méthode conductimétrique, indique que la paroi reste mouillée par un film liquide suffisamment épais pour qu’on puisse appliquer la méthode électrochimique. Les signaux polarographiques obtenus avec la mousse présentent alors de fortes fluctuations. La comparaison de celles-ci avec les contraintes pariétales déduites à partir des mesures de la chute de pression montre bien une bonne concordance. L’étude numérique (CFD), effectuée pour une fraction volumique de gaz égale à 70% et qui s’écoule avec une vitesse débitante de 2 cm/s, montre que le modèle rhéologique de Bingham pourrait être bien adapté à ce genre de mousse humide évoluant en écoulement en bloc. / This work is an experimental and numerical study of aqueous foam flow inside a horizontal square duct, with and without flow disruption devices (fdd). It is especially devoted to determine the pertinent parameters of the flow: longitudinal pressure losses, velocity fields of foam flow near the walls, liquid film thickness (thick and thin), and the wall shear stress evolution, for an aqueous foam with a void fraction range between 55 and 85%, for a mean foam flow velocity of 2, 4 and 6 cm/s. Once they were determined, inside the horizontal channel, we carried out measurements over different geometries: half-sudden expansion, vertical fence and foam flow around a cylinder. The goal was to study the foam flow reorganization to well understand the rheological behavior of aqueous foam flow in the vicinities of different fdd. Finally, a numerical simulation (CFD), using the Bingham behavior model of non-Newtonian fluid, was undertaken to test its capacity to represent the aqueous foam flow inside the horizontal duct with flow disruption devices. First of all, we verified the static longitudinal pressure evolution, which varies linearly upstream and downstream far from the fdd. The singular pressure loss remains constant for a given mean foam velocity and a foam quality (void fraction). From the Particle Imaging Velocimetry (PIV) technique (2D), we determined the two velocity components in the immediate vicinities of the disruption devices. They allowed us to put into evidence the different foam flow regimes and to observe the foam flow reorganization and rheological behavior through the studied fdd. The slip-layer thickness analysis, obtained using the conductimetry method, shows that the wall presents a liquid film thick enough to apply an electrochemical technique (polarography). Thus, the polarographic signals, obtained for the foam flow, present important fluctuations. They were compared to the wall shear stress deducted from the measurement of pressure losses, showing a good similarity between them. The numerical study (CFD), carried out for aqueous foam flow with a void fraction of 70% and a mean foam flow velocity of 2 cm/s, shows that the Bingham rheological model can be adapted to this kind of aqueous foam flow which is flowing like a block.