La thèse porte sur le développement d'un couplage entre un code de mécanique des fluides et un de code mécanique des structures afin de modéliser le départ en instabilité d'une structure soumise à un chargement fluide-élastique. Dans un premier temps, la méthodologie de couplage est présentée. Celle-ci englobe les modèles de couplage permettant de résoudre le décalage lié à une résolution partitionnée des équations fluide et structure, les méthodes de déformation de maillage afin de permettre aux deux milieux de rester en contact et les méthodes de projections afin de transférer les données d'un domaine à l'autre Dans un second temps, une étude semi-analytique est menée sur les schémas de couplage partitionnés. Le cas de deux cylindres vibrant dans un fluide parfait au repos est étudié pour lequel une solution analytique en termes de conservation de l'énergie est connue. Ce cas permet de tester un ensemble de schémas et de vérifier leur bon comportement quant à la conservation de l'énergie du domaine étudié. Il permet également de quantifier l'erreur liée au code de calcul. Dans un troisième temps, une étude sur l'instabilité d'une structure flexible soumise à un écoulement interne est menée. Elle démontre que la structure part en instabilité à partir d'une certaine vitesse d'écoulement. Ce cas est repris afin d'introduire une méthode d'incertitude. Le but est de montrer la possibilité d'utiliser la méthode du chaos polynomial afin d'étudier une probabilité de dépassement de seuil (le départ en instabilité de la structure) lorsqu'une variable en entrée est incertaine. Dans un dernier temps, une étude sur les faisceaux de tubes est menée. Des études sont menées avec un unique tube mobile ou un ensemble de tubes mobiles. Des simulations sont réalisées avec un fluide au repos afin de comparer les résultats à des données analytiques et numériques. Puis des simulations sous écoulements sont réalisées afin de montrer afin de mettre en évidence le départ en instabilité des structures qui varie selon le nombre de tubes mobiles. / The PhD deals with coupling between a fluid mechanics and a structure mechanism code in order to simulate the instabilities departure of flow induced vibrations. Firstly, methodology is presented: coupling scheme which allows staggered procedure, mesh deformation in order to aIIow interface tracking and exchange of information for non-matching interface. Secondly, a study on staggered procedure is performed with the case of two moving cylinders in a quiescent fluid. Results are compared to an analytical solution in order to check the coupling scheme behaviour and in order to quantify the energy conservation of the code. Thirdly, the stability of a pipe conveying tluid is performed. Results show the instability departure of the structure for a critical velocity. The uncertainty management is applied on this case in order to study the over threshold probability (instability departure) when an input variable is uncertain. Finally, the coupling is applied to tube bundles. Cases with one and several moving tubes are performed. Cases with quiescent fluid are compared results to analytical and numerical results. Flow simulations show instability departure which differ when one or several moving tubes are used.

Les solutions de tensioactifs de faibles concentrations sont composées de micelles de diverses formes, principalement des micelles cylindriques libres ou peu enchevêtrées. Sous écoulement de cisaillement, ces solutions présentent un comportement rhéoépaississant augmentation de la viscosité. Ce phénomène est lié à la formation d'une nouvelle structure induite par le cisaillement (Shear Induced Structure : SIS). L'objectif majeur de cette étude est de connaître les propriétés de rhéoépaississement de quatre systèmes, en faisant varier de manière contrôlée les dimensions des micelles en procédant au changement de la longueur de la chaîne aliphatique. Les systèmes retenus appartiennent à la famille de CnTAB (C12-, C14-, C16- et C18TAB). Nous avons effectué une comparaison entre des résultats de rhéométrie, rhéo-optique, vélocimétrie ultrasonore et diffusion de neutrons aux petits angles. L'ensemble de ce travail a abouti à une description des formes et des dimensions des micelles présentent à l'équilibre. Sous écoulement, il a été déduit que les dimensions des micelles sont grandes et facilement orientables même aux faibles cisaillements quand la chaîne aliphatique est longue. Au déclenchement du rhéoépaississement, la structure induite est totalement orientée avec une modification de cette dernière dans le sens de l'écoulement. Aux taux de cisaillement élevés, les systèmes ont un comportement rhéologique identique, de même que la structure demeure orientée. Sur la base de nos résultats et de ceux de travaux antérieurs, nous avons proposé un modèle décrivant les transitions de formes micellaires liées au comportement sous écoulement des solutions micellaires / The dilute solutions of surfactant are composed with micelles which have various forms mainly cylindrical free or having a low entangled. Under shear flow, the behavior of these solutions is shear thickening Increase of the viscosity." This phenomenon is related to the formation of a new shear induced structure (SIS). The main aim of this work is to study the shear thickening of four systems, while varying in a controlled manner dimensions micelles by the change in the length of the aliphatic chain. During this work, the systems used belong to the family of C,TAB (Cl2-, Cl4-, Cl6- and C18TAB). We conducted a comparison of the results: rheometry, rheo-optical, ultrasound velocimetry and small angle neutron scattering. A description of the shape and dimensions of micelles present in equilibrium was given as function of the chain length. Under flow, it was found that the dimensions of the micelles are large and easily adjustable to flow shears when the aliphatic chain is long. In the shear thickening transition, the induced structure is totally oriented in the flow direction. At high shear rate, the systems have similar rheological behavior, as well as the structure remains oriented. On the basis of our results and those of earlier work, we have proposed a model describing micellar transitions forms related to the macroscopic behaviour

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Résumé non disponible

La conception de ventilateurs est souvent basée sur une méthodologie " essais/erreurs " d'amélioration de géométries existantes ainsi que sur l'expérience de design et les résultats expérimentaux cumulés par les entreprises. Cependant, cette méthodologie peut se révéler coûteuse en cas d'échec; même en cas de succès, des améliorations significatives en performance sont souvent difficiles, voire impossibles à obtenir. Le projet présent propose le développement et la validation d'une méthodologie de conception basée sur l'emploi du calcul méridien pour la conception préliminaire de turbomachines hélico-centrifuges (ou flux-mixte) et l'utilisation du calcul numérique d'écoulement fluide (CFD) pour la conception détaillée. La méthode de calcul méridien à la base du processus de conception proposé est d'abord présentée. Dans un premier temps, le cadre théorique est développé. Le calcul méridien demeurant fondamentalement un processus itératif, le processus de calcul est également présenté, incluant les méthodes numériques de calcul employées pour la résolution des équations fondamentales. Une validation du code méridien écrit dans le cadre du projet de maitrise face à un algorithme de calcul méridien développé par l'auteur de la méthode ainsi qu'à des résultats de simulation numérique sur un code commercial est également réalisée. La méthodologie de conception de turbomachines développée dans le cadre de l'étude est ensuite présentée sous la forme d'une étude de cas pour un ventilateur hélico-centrifuge basé sur des spécifications fournies par le partenaire industriel Venmar. La méthodologie se divise en trois étapes: le calcul méridien est employé pour le pré-dimensionnement, suivi de simulations 2D de grilles d'aubes pour la conception détaillée des pales et finalement d'une analyse numérique 3D pour la validation et l'optimisation fine de la géométrie. Les résultats de calcul méridien sont en outre comparés aux résultats de simulation pour la géométrie 3D afin de valider l'emploi du calcul méridien comme outil de pré-dimensionnement.

Ce mémoire traite de l’étude des écoulements en rivière naturelle. Plus précisément, l’impact de la granulométrie du lit des rivières, ainsi que de la profondeur d’eau sur la génération de courants secondaires y est analysé. Les courants secondaires sont causés par les effets de cisaillement ainsi que de la turbulence. Cependant, les structures d’écoulement telles que les courants secondaires peuvent être affectés par une multitude de facteurs et la majorité des recherches actuelles sur le domaine sont effectuées en laboratoire. Le but de ce projet est donc d’observer les courants secondaires en milieu naturel. Un vélocimètre acoustique Doppler (ADV) a été utilisé afin de déterminer les profils de vitesse in situ de différentes sections de rivières. Le lit de la rivière a été échantillonné afin d’en déterminer la granulométrie. Différentes bases théoriques sont explorées afin d’interpréter les profils de vitesse obtenus. La base théorique choisie est en mesure de décrire les processus physiques de la rivière naturelle ainsi que de permettre la caractérisation des phénomènes de courants secondaires. Selon les recherches effectuées, nous croyons que la granulométrie a un impact sur la structure des courants secondaire puisque ceux-ci dépendent de la rugosité du lit de la rivière. Or, la taille et la forme des grains du lit de la rivière ont certainement un impact sur la rugosité du fond de la rivière. Les effets anthropogéniques sur l’environnement, notamment sur les cours d’eau, sont de plus en plus reconnus. Afin de bien comprendre et mitiger les impacts dus à l’aménagement de notre environnement, il devient nécessaire de caractériser les processus physiques des rivières. Les courants secondaires sont liés à la résistance à l’écoulement des rivières et ont donc un impact considérable sur le comportement de celles-ci.

Le contrôle actif des écoulements aérodynamiques est l'un des enjeux majeurs actuellement en aérodynamique afin de réduire la traînée, augmenter la portance, contrôler les instabilités. Dans ce contexte, l'objet de ce travail est d'utiliser des actionneurs plasmas en caractérisant leurs propriétés physiques et leurs effets sur des écoulements. Deux configurations ont été utilisées : les décharges surfaciques "couronne" et "à barrière diélectrique" (DBD). Des mesures électriques et optiques montrent que ces plasmas sont une succession de micro-décharges. Le "vent ionique" induit par ces actionneurs est instationnaire, de faible vitesse (quelques m/s) et fortement dépendant des configurations géométriques et électriques. Cette propriété mécanique a été utilisée pour modifier la couche limite se développant sur une plaque plane puis sur des profils d'aile. Une succession de DBD a permis de déclencher précocement la transition laminaire-turbulente de la couche limite. Les décollements de bord d'attaque de l'écoulement de profils ont été retardés voire supprimés. Enfin, de nouveaux types d'actionneurs sont développés : une DBD alimentée par une haute tension impulsionnelle et des jets de plasmas perpendiculaires à la paroi.

L’objectif est de construire le modèle homogénéisé d’un écoulement diphasique en milieu poreux et fracturé, en mettant en évidence le phénomène de mélange dynamique (mixing) entre les phases, provoqué par l’hétérogénéité du milieu. L’attention est concentrée sur l’influence de la capillarité. L’homogénéisation à double échelle a été appliquée. Le mixing se manifeste sous forme de la dispersion hydrodynamique et de l’advection renormalisée. Le tenseur de dispersion, déterminé à travers le problème cellulaire, est une fonction non linéaire de la saturation, vitesse d’écoulement, rapport de viscosité et du nombre capillaire. Pour les milieux fracturés, une méthode streamline configurations a été avancée pour le cas diphasique. Elle permet d’obtenir la dispersion et la perméabilité effective sous forme analytique pour des réseaux de fracture périodiques, ou semi-analytique pour des réseaux aléatoires. La simulation d’un déplacement diphasique à la base du nouveau modèle a été réalisée / The objective of the thesis is to develop the homogenized model of a two-phase flow through a porous and fractured medium by highlighting the dynamic mixing between the phases, caused by the medium heterogeneity. Attention is focused on the influence of the capillarity. The two-scale homogenization is applied. The mixing is manifested in form of the hydrodynamic dispersion and renormalized advection. The dispersion tensor, determined by the cell problem, is a nonlinear function of saturation, flow velocity, viscosity ratio and capillary number. For a fractured medium the method of streamline configurations was advanced for a two- phase case. This method enables to obtain the dispersion tensor and the effective permeability in analytical form for periodic fractured networks or in semi-analytical form for random networks. The simulation of two- phase displacement based on the new model is performed

Les écoulements diphasiques liquide-gaz et liquide-vapeur sont présents dans de nombreuses problématiques industrielles. De fait, ils sont rencontrés dans des configurations diverses, tant en termes de dimensions que d’orientation et présentent des caractéristiques variées. Pour autant, il peut être distingué dans la littérature deux cas limites de modélisation de l’écoulement diphasique liées à son confinement : l’échelle micro et l’échelle macro. Cependant, la caractérisation de la transition entre ces deux échelles reste un enjeu majeur de compréhension de l’écoulement diphasique. De plus, les comportements thermiques en ébullition convective sont impactés par le phénomène de nucléation, fortement influencé par la géométrie de l’application et les conditions de saturations. De ce fait, l’objectif principal de la thèse est de contribuer à la compréhension des écoulements diphasiques adiabatiques et non adiabatiques à une échelle intermédiaire entre les échelles micro et macro, où les comportements tant dynamiques que thermiques sont mal définis. Pour ce faire, dans le travail présent, les effets du confinement et de l’inclinaison de l’écoulement diphasique sur les régimes d’écoulement, les chutes de pression et les échanges thermiques sont étudiés et comparés avec les observations et modèles de la littérature. Une section test inclinable de 1,6 mm de diamètre intérieur a été installée sur le banc d’essais de Charnay (2014), permettant l’étude de l’ébullition convective du R-245fa. Celle-ci permet de visualiser l’écoulement à l’intérieur de l’évaporateur ainsi que d’acquérir simultanément les chutes de pression et le champ de température de paroi extérieure. Pour ce faire, un tube en saphir chauffé par un dépôt d’ITO a été employé. Le champ de température a été obtenu par une procédure d’acquisition et de post-traitement infrarouge. Au préalable, une campagne d’essais a été menée en conditions adiabatiques sur la section de Charnay (2014). La section test présente, quant à elle, a permis deux campagnes d’essais en conditions adiabatiques et en ébullition convective. Des études menées en conditions adiabatiques est apparu un fort effet de l’inclinaison et du confinement sur les régimes d’écoulement ainsi que sur les chutes de pression. L’effet de l’inclinaison s’apparente à ce qui a pu être observé en macro-canal dans la littérature. De plus, l’inclinaison n’affecte que peu les échanges thermiques au regard des incertitudes inhérentes au dispositif infrarouge. Enfin, il est observé un effet de l’inclinaison sur le régime d’assèchement. Dans cette configuration, l’évolution temporelle du champ de température de paroi extérieure apparaît synchrone avec l’évolution dynamique de l’écoulement diphasique. / Liquid-gas and liquid-vapour two-phase flows are encountered in a large range of industrial applications. They are observed in multiple configurations, in terms of dimension and orientation and then have various characteristics. In the literature, it can be distinguished two limit cases of the two-phase flow linked to its confinement: micro and macro-scale. Nonetheless, characterisation of the micro-to-macro scale transition is still a main issue for the comprehension of two-phase flow. In addition, thermal behaviours of flow boiling are affected by the nucleation phenomenon, which is strongly influenced by the geometry of the application and the saturation conditions. The main objective of the thesis is to contribute to the comprehension of adiabatic and diabatic two-phase flows in mini-scale, where the general behaviours are not well definite. In the present study, the effects of confinement and orientation of two-phase flows on flow patterns, pressure drops and heat exchanges are studied and compared with observations and models of the literature. An 1.6 mm inner diameter inclinable test section was installed on the test bench of Charnay (2014), which enabled to study R-245fa flow boiling. This test section enables to visualize the flow directly in the evaporator and the simultaneous acquisition of the pressure drops and the outside wall temperature field. A sapphire tube, heated by a transparent ITO coating, is unemployed to insure the transparency. The temperature field is obtained by an IR image processing. Previously, tests were led on the section of Charnay (2014) in adiabatic conditions. The present test section was used for two series of tests, led in both adiabatic and diabatic conditions. It appeared a strong effect of confinement and orientation on the flow patterns and pressure drops. The effect of the orientation is likely the same that one observed in macro-scale. In addition, the orientation slightly affects heat exchanges in comparison with the uncertainties of the IR dispositive. Finally, it is observed an effect of orientation on dryout flow pattern. In this configuration, the temperature field evolution with time is synchronized with the dynamic evolution of the two-phase flow.

Dans ce mémoire, une étude des conditions de contrôles d’écoulements aérodynamiques par des réseaux de générateurs de tourbillons fluidiques pulsés est menée pour établir un cahier des charges des micro-actionneurs instrumentés de faible coût, indispensables à la réalisation de ce type de contrôle actif à l’échelle industrielle. Une discussion des problématiques rencontrées dans la mise en place de ces dispositifs permet de définir des solutions techniques pertinentes. Une micro-valve encapsulée, constituée d’un canal micro-fluidique en silicium dont l’ouverture est contrôlée par un résonateur annulaire en PDMS, actionnée par différents dispositifs macroscopiques magnétiques, est alors modélisée, fabriquée et caractérisée. Le dispositif permet de générer des jets d’air pulsés complètement contrôlés jusqu’à des vitesses de 150m/s sur la gamme de fréquence [0 ; 500 Hz]. Des réseaux de ces micro-actionneurs polyvalents sont ensuite utilisés en soufflerie pour démontrer sur différents profils aérodynamiques classiques l’intérêt du contrôle par jet pulsé. Le recollement du flux d’air décollé est obtenu sur chacune de ces maquettes pour des conditions réalistes et avec un rendement fluidique supérieur à celui des jets continus.Un débitmètre massique composé d’un capteur de température, d’un capteur de frottement pariétal et d’un capteur de pression de type Pirani, réalisés dans le même procédé de fabrication, est intégré au micro-actionneur. Il permet de caractériser in-situ les jets d’air produits.Enfin un prototype répondant complètement au cahier des charges industriel est obtenu. Sa taille est minimisée par l’optimisation de l’actionneur grâce à un algorithme génétique / This thesis starts with a study of aerodynamic flow control conditions by arrays of pulsed fluidic vortex generators. Detailed specifications are synthesised for the conception of low cost, sensors equipped, micro-actuators required to manage industrial scale active flow control experiments. Devices implementation is discussed to define relevant technical solutions.A packaged micro valve is modelled, fabricated and characterized. It is composed of a micro fluidic channel modulated by an annular membrane resonator made of PDMS. The membrane is controlled by different kinds of magnetic actuation. Fully controlled pulsed air jets are obtained in the frequency range [0; 500 Hz] with velocities up to 150 m/s. Arrays of these micro actuators are used in wind tunnel experiments to demonstrate the ability of pulsed jet to manage control on a wide range of classical separated flows. Reattachment is achieved under industrial flow conditions with improved fluidic yield compared to continuous jets.A mass flow meter constituted of a thermal sensor, a shear flow sensor and a Pirani pressure sensor, all of them built in a single fabrication step, is integrated in the micro-actuator. It allows in-situ characterization of the produced air jets.Finally, a fully satisfying demonstrator is obtained. Its sized is minimized through the use of a genetic algorithm