Cette thèse porte sur l'utilisation de champs électriques pour faciliter l'élimination de l'eau coproduite avec le pétrole brut, sous la forme d'émulsions stables, lors des étapes d'extraction et de dessalement. Ce procédé, connu sous le nom d'électrocoalescence, s'appuie sur la capacité qu'ont les forces électrostatiques à promouvoir l'attraction et la coalescence de gouttelettes d'eau proches afin d'en augmenter la taille et ainsi d'en accélérer la sédimentation par gravité. Bien que les premières observations expérimentales datent déjà d'un siècle, de nombreuses zones d'ombres subsistent, notamment en ce qui concerne l'optimisation de l'efficacité des électrocoalesceurs de dernière génération. Dans ce contexte, une démarche, combinant simulation numérique multi-physique et expérimentation, a été mise en place pour étudier les phénomènes de mouvement, de déformation et d'instabilité d'interfaces eau-huile induit par la présence d'un champ électrique. La contribution la plus marquante concerne la modélisation et l'analyse de l'effet des forces électrostatiques sur le mécanisme d'amincissement du film d'huile séparant les gouttes. Les résultats numériques mettent en évidence la singularité du problème et l'inadaptabilité des modèles théoriques de lubrification classiquement adoptés pour représenter la coalescence dans les écoulements diphasiques. Une nouvelle expression asymptotique pour le calcul du temps de drainage entre les gouttelettes de l'émulsion est proposée et utilisée pour déduire un critère prédisant la probabilité d'électrocoalescence lors d'une collision dans un écoulement cisaillé. En parallèle, un dispositif sophistiqué, permettant de reproduire expérimentalement le phénomène et d'améliorer la représentativité du critère, a été construit. Enfin, en réponse à un point bloquant décelé lors de la phase de conception de ce dernier, une technique innovante d'injection à la demande de gouttes conductrices non chargées dans un liquide visqueux isolant, utilisant des impulsions électrostatiques, a été développé. / The present thesis deals with the electrostatically assisted removal of water coproduced with crude oil in the form of stable emulsions during recovery and desalting operations. This process, referred to as electrocoalescence, exploits the ability of electric forces to promote attraction and merging of adjacent water droplets to increase their size and related natural rate of sedimentation under gravity. Still, even one century after the first experimental observations, a lot of gray areas remain, particularly on the optimization of efficiency in state-of-the-art separators. To address this question, an approach combining multi-physics simulation and experiments has been used to investigate the phenomena of motion, deformation and instability of electrically influenced water-oil (droplets) interfaces. The main contribution concerns the modeling and analysis of the mechanism of oil film thinning between droplets approaching under the effect of electrostatic forces. Results from simulations highlight the strong singularity of the present problem and the inadequacy of existing theoretical lubrication models usually employed to represent coalescence events in two phase flows. For the small emulsified droplets, a new asymptotic expression for the drainage time is obtained and allows to deduce a criterion predicting the probability of electrocoalescence resulting from a shear flow induced collision. In parallel, a sophisticated setup, enabling to experimentally investigate the phenomenon and to improve the criterion relevance with regards to the actual processing conditions, has been assembled. At last and as an answer to an otherwise unfulfilled requirement defined in the design of the latter, an innovative actuation technique for the synchronous on-demand injection of two charge free conductive droplets in an insulating viscous liquid, relying on the application of a high electric field pulse, has been implemented.

Depuis le début du millénaire, la simulation numérique directe est apparue comme un outil précieux capable d'étudier l’atomisation d’une goutte isolée par un écoulement à grande vitesse. L’atomisation peut être divisée en deux phases distinctes : l'éclatement se produit d'abord sous la forme d'aplatissement de la goutte, formant également des filaments, puis il se poursuit via l'obtention d'une multitude de gouttes de tailles réduites ce qui complète le processus d’atomisation. Les principaux objectifs pour le présent travail étaient donc d’établir un modèle et une méthode numérique capables d’étudier au mieux ces phénomènes. L'atomisation d’une goutte isolée est présentée et est accompagnée d’une comparaison avec l’expérience qui confirme les capacités du modèle et de la méthode à simuler numériquement les différents processus physiques mis en jeu. Des informations essentielles quant aux mécanismes d’atomisation, non exploitables avec l’expérience, sont décrites et l’objectif d’obtenir des gouttes de tailles réduites est atteint. / Only at the beginning of the millennium, direct numerical simulation has emerged as a valuable tool capable of studying the atomization of an isolated droplet by a high-speed flow. The atomization can be divided into two distinct phases: the aerobreakup occurs first in the form of flattening of the droplet, also forming filaments, and then it continues via the obtaining of a multitude of reduced sizes droplets what completes the process of atomization. The main objectives of this work were therefore to establish a model and a numerical method able to study these phenomena as well as possible. The atomization of an isolated droplet is presented and is accompanied by a comparison with the experiment which confirms the capacities of the model and the method to numerically simulate the different physical processes involved. Essential information on atomization mechanisms, which cannot be exploited with experiments, is described and the objective of obtaining droplets of reduced sizes is achieved.

Depuis les débuts de l’aéronautique, le feu fut l’un des premiers risques identifiés. Cependant, ce dernier est encore aujourd’hui la source d’accidents, souvent fatals, faute d’issue lorsqu’il intervient en vol. Dans le même temps, le besoin de réduire la masse des aéronefs actuels, pour limiter les coûts de fonctionnement, a rendu l’utilisation des matériaux composites, particulièrement réactifs au feu, indispensables. Afin de valider la performance au feu de ces matériaux, il est donc nécessaire de certifier leurs performances lorsqu’ils sont soumis au feu. Or ces essais représentent un coût non-négligeable pendant les phases de développement. L’utilisation des simulations numériques semble donc être une bonne alternative afin de limiter le nombre d’essais. Néanmoins ces dernières nécessitent un certain nombre de paramètres d’entrée et une bonne connaissance des phénomènes de dégradation. Ainsi dans ce travail, la dégradation thermique de deux matériaux composite est étudiée, le thermoplastique carbone-PEKK et le thermodurcissable carbone-phénolique. Les propriétés thermiques et cinétiques, indispensables pour la modélisation numérique du comportement au feu des matériaux, sont dans un premier temps caractérisées à petite échelle (ATG/DSC, DIL, diffusivité par méthode flash). Par la suite, ces propriétés sont utilisées dans le modèle de pyrolyse qui est validé à moyenne échelle, à l’aide de mesures de dégradation au cône calorimètre. Enfin, des essais de résistance au feu sont réalisés afin de valider les simulations numériques à grande échelle à l’aide du brûleur NexGen de la plateforme expérimental feux VESTA. De plus, les produits de pyrolyse sont évalués au cours de la dégradation (Py-GC-MS) pour déterminer les limites inférieures d’inflammabilité en fonction de la température et ainsi proposer une classification des matériaux étudiés. / Since the beginning of aeronautics, fire has been one of the first identified risks. However, the latter is still today the source of accidents, often fatal, lack of outcome when it intervenes in flight. At the same time, the need to reduce the mass of current aircraft, to limit operating costs, has made the use of composite materials, particularly fire-resistant, essential. In order to validate the fire performance of these materials, it is therefore necessary to certify their performance when subjected to fire. These tests represent a non-negligible cost during the development phases. The use of numerical simulations seems to be a good alternative in order to limit the number of trials. Nevertheless, the latter require a certain number of input parameters and a good knowledge of degradation phenomena. Thus in this work, the thermal degradation of two composite materials is studied, the thermoplastic carbon-PEKK and the thermosetting carbon-phenolic. The thermal and kinetic properties are first characterized on a small scale (ATG / DSC, DIL, diffusivity by flash method). Subsequently, these properties are used in the pyrolysis model that is validated on a medium scale using calorimeter cone degradation measurements. Finally, fire resistance tests are carried out using the NexGen burner of the experimental VESTA fire platform. In addition, the pyrolysis products are then evaluated during the degradation (Py-GC-MS) to determine the lower flammability limits and thus propose a classification of the materials studied.

L’aluminium et ses alliages sont très largement exploités en industrie car ils sont légers, peu sensibles à la corrosion et parfois ont une dureté comparable à celle de l’acier. Souvent, le matériau est utilisé brut de fonderie, dans ce cas, la composition, la macro et microstructure de matériau issues de la solidification, définissent son comportement suivant les conditions d’utilisation. Cependant, au cours des procédés d’élaboration sur terre, l’écoulement convectif apparaît à cause de la gravité et modifie les conditions locales de la solidification, la distribution du soluté et influe sur les propriétés de matériau. Afin d’analyser et contrôler ces phénomènes, des études expérimentales et numériques ont été réalisés.Deux fours de type Brdigman ont été construits à l’Université de Miskolc par MTA-ME Materials Science Research Group dans le cadre du ESA-MAP MICAST pour étudier l’effet de l’écoulement convectif lors de la solidification des alliages. Ces fours ont été équipés de systèmes électromagnétiques permettant de générer des champs magnétiques rotatif et glissant .Des modèles multiphases développés à SIMAP/EPM, Grenoble, France, ont été utilisés pour la simulation numérique de la solidification d’alliages binaire et ternaire en présence d’un écoulement convectif créé par des forces électromagnétiques. La modélisation de la solidification d’un alliage Al-Si avec un brassage rotatif a été réalisée pour des configurations 2D et 3D avec un couplage entre un modèle macroscopique de transport et des modèles à l’échelle mésoscopique, l’un basé sur la règle de levier et l’autre sur une moyenne d’ensemble Euler-Euler. De plus, les effets de deux modes de brassage par champs glissants sur la solidification d’un alliage ternaire ont été étudiés dans une géométrie 3D à l’aide d’un modèle macroscopique basé sur la règle de levier. Les résultats des modélisations numériques permettent d’expliquer la ségrégation observée sur les échantillons expérimentaux. / Aluminium and aluminium-based alloys are widely in industry due to the corrosion passivity, lighter weight, yet – in several cases – comparable strength with steel. Often, the material is used “as-cast“, that means that composition, macro- and microstructure of the material emerged during the casting defines its behaviour under different loads. Yet, convective flows generally arise in casting processes performed on-ground because of gravity and modify local solidification conditions, and, consequently, solute distribution and affect properties of material. To understand and to be able to control such phenomena, detailed experimental and numerical work has been needed.Two Bridgman-type furnaces were constructed in the University of Miskolc, Hungary, by MTA-ME Materials Science Research Group in the framework of the ESA funded MICAST project for experimental study of the effect of convective flow in solidification of alloys. These facilities were equipped with electromagnetic systems capable to generate rotating and travelling magnetic fields of various intensities.Multiphase models developed at SIMaP/EPM, Grenoble, France, were applied for numerical study of the solidification of binary and ternary aluminium alloys under electromagnetically generated convective flow. Solidification of a binary Al-Si alloy under RMF stirring was done with Euler-Euler ensemble averaging and lever rule mesoscale models coupled with the macroscale transport both in 2D and 3D geometries. Further, effect of various modes of TMF stirring during solidification of a ternary alloys was studied in 3D geometry with lever rule based macroscopic model. Results of numerical simulations well explain the segregation observed in the experimental samples.

La réduction des émissions polluantes et l'amélioration des performances des turboréacteurs nécessitent une connaissance détaillée des phénomènes physiques mis en jeu dans une chambre de combustion. L'atomisation du carburant résulte du cisaillement engendré par un fort écoulement d'air généré dans l'injecteur. La simulation numérique directe d'écoulements avec interface permet de simuler l'ensemble du processus d'atomisation. L'utilisation de maillages Cartésiens permet la réalisation de calculs HPC efficaces et précis. Mais, une des complexités de l'atomisation vient d'une interaction forte entre le comportement de la nappe liquide et l'écoulement gazeux dans les conduites de l'injecteur, rendant impératif la simulation de l'injecteur complet. Ceci étant impossible avec des maillages Cartésiens structurés, l'objectif de cette thèse est de développer une méthode d'interface immergée permettant l'inclusion d'objets solides dans un domaine de calcul, indépendamment du maillage, afin de réaliser des DNS du système d'injection complet. Les équations de Navier-Stokes incompressibles diphasiques sont résolues à l'aide d'un algorithme de projection, l'interface liquide-gaz étant transportée avec une méthode CLSVOF conservative en masse et quantité de mouvement. La présence du solide est prise en compte grâce à la méthode d'interface immergée. Cette méthode a été appliquée à la simulation numérique de nappes liquides cisaillées pour une configuration d'injecteur utilisée en essais à l'ONERA et a permis une meilleure prédiction de la fréquence de battement de la nappe. / The reduction of polluting emissions and improvement of aeronautical engines efficiency depends on the detailed knowledge of the physical phenomena encountered in a combustion chamber. Fuel atomization results from the shearing effect induced by the high velocity airflow generated inside the injector. The Direct Numerical Simulation of interfacial flows allows the simulation of the whole atomization process, while Cartesian structured meshes allows efficient and accurate HPC computations. However, the complexity of atomization comes from a strong interaction between the jet behavior and the injector internal flow, which makes essential to simulate the whole injector system. As that is impossible on Cartesian structured grids, the main objective of this thesis is to develop an Immersed Interface Method (IIM) allowing the inclusion of solid objects in the computational domain, independently of the mesh. The incompressible two-phases Navier-Stokes equations are solved using a projection algorithm with the CLSVOF method, conservative in mass and momentum. The solid presence is taken into account using the IIM. The proposed IIM has been applied to the numerical simulation of sheared liquid sheets corresponding to an ONERA experimental configuration and allows a better prediction of the flapping frequencies of the liquid sheet.

Ces dernières décennies ont vu le développement exponentiel des technologies de stockage, du fait des contraintes de plus en plus fortes sur le secteur énergétique et les ressources fossiles, suscitant un intérêt croissant de la part des chercheurs et des industriels. Ces technologies trouvent en effet de multiples applications, par exemple en combinaison avec des sources d’énergie renouvelable pour pallier leur intermittence, ou en récupération de chaleur fatale sur les procédés industriels. De nombreux concepts ont été développés à ce jour, et parmi eux la solution thermocline dual-media, qui consiste à stocker l’énergie sous forme thermique dans un réservoir contenant le mélange d’un fluide et d’une matrice solide.C’est sur cette technologie que s’est focalisé le projet Therm’Stock, porté par le groupe CNIM et soutenu par les Investissements d’Avenir de l’ADEME. Ce projet, débuté en 2015, associe cette entreprise à trois laboratoires, dont le Laboratoire de Thermique Energétique et Procédés (LaTEP) de l’Université de Pau et des Pays de l’Adour. La contribution du LaTEP dans le projet a été centrée sur l’étude des matériaux de stockage à utiliser pour le système thermocline envisagé, avec un focus sur les huiles thermiques comme fluide caloporteur.Dans un premier temps, un recensement des huiles disponibles commercialement a été réalisé, afin de sélectionner les fluides répondant aux contraintes du projet Therm’Stock, et notamment à la gamme de température de fonctionnement visée. Les huiles sélectionnées ont ensuite été caractérisées à l’aide du matériel disponible au laboratoire, afin de définir un ordre de priorité pour leur étude. L’huile Jarytherm® DBT s’étant démarquée, c’est ce fluide qui a été choisi pour la suite des analyses.Ces analyses ont porté sur deux aspects d’intérêt pour le stockage thermocline dual-media : le vieillissement du fluide caloporteur, et sa compatibilité avec le matériau de stockage solide. Les études réalisées ont permis d’évaluer l’influence de différents paramètres sur le vieillissement de l’huile (température, durée), ainsi que sa compatibilité avec plusieurs familles de matériaux. Au total, ce sont 15 combinaisons huiles/solides qui ont été testées, sur 18 campagnes d’essai.Deux matériaux solides ont montré une compatibilité intéressante avec l’huile Jarytherm® DBT : l’acier et le verre soda-lime. Afin de compléter l’étude réalisée au laboratoire, ces deux combinaisons ont été introduites et testées dans un pilote de stockage thermocline dual-media, développé et exploité par Bertin Technologies, filiale du groupe CNIM. Certains des résultats obtenus ont été communiqués au LaTEP, et ont permis une étude à échelle pilote des performances du stockage avec les matériaux sélectionnés. Cette analyse a par la suite été complétée par une étude numérique, au travers du développement d’un modèle spécifique de stockage thermique. L’utilisation de ce modèle a permis de confirmer et d’étendre les résultats expérimentaux obtenus sur le pilote de Bertin Technologies, mais également d’intégrer les données de vieillissement générées sur le banc d’essai du laboratoire. / These last decades, stronger constraints on the energy sector and fossil sources depletion have pushed towards an increased development of storage technologies, which benefited from a renewed interest from researchers and industrialists. These technologies can be implemented in various applications, for example in combination with renewable energy sources or for waste heat recovery in industrial processes. Several concepts have been developed so far, and among them the dual-media thermocline, which consists in storing thermal energy in a single tank, containing a fluid in direct contact with a solid matrix.Therm’Stock project, led by the CNIM group and supported by the “Investissements d’Avenir” program from ADEME, has focused on this dual-media thermocline system. This project started in 2015, gathering the leading company and three laboratories, including the Laboratory for Thermal, Energy and Process engineering (LaTEP) from the University of Pau (UPPA). LaTEP contribution to the project has been focused on storage material selection and characterization, and more particularly on thermal oils as heat transfer fluids.The study began with a screening of commercial thermal oils, in order to select the ones that could match the constraints linked to Therm’Stock project, and especially the temperature range chosen, between 100 and 350°C. The identified oils have then been characterized using the devices available at LaTEP, to define a priority order for their evaluation for thermal storage. Jarytherm® DBT oil showed promising properties, and this fluid was chosen for the following analyses.These analyses focused on two main aspects, of interest for dual-media thermocline systems: oil ageing, and its compatibility with solid storage medium. The influence of temperature and time on oil ageing has been evaluated, along with the importance of the solid in direct contact with the fluid. In total, 15 oils/solids combinations have been considered, with 18 test campaigns. Two solids have shown promising compatibility with Jarytherm® DBT oil: steel and soda-lime glass. In order to complete the laboratory-scale tests, these two combinations have been introduced and tested in a pilot-scale dual-media thermocline, developed and exploited by Bertin Technologies, a CNIM group affiliate. Some of these experimental data have been shared with LaTEP, and allowed for a pilot-scale study of storage performance with the selected materials. This analysis was then complemented by a numerical study, through the development of a specific one-dimensional storage model. Using this model, experimental data generated on Bertin Technologies pilot could be confirmed and extended. Integrating data from laboratory-scale ageing tests, the influence of heat transfer fluid degradation on storage performance has also been evaluated.

Lors d’un accident grave dans un réacteur nucléaire (REP ou REB en particulier), le combustible fondu (corium) peut se déverser dans le réfrigérant (eau). L’interaction entre les deux fluides est appelée Interaction Combustible-Réfrigérant. Sous certaines conditions, cette interaction peut conduire à une «explosion de vapeur» qui peut menacer le confinement du réacteur nucléaire. L’ICR est une interaction de caractère multiphasique complexe où divers phénomènes physiques interviennent de manières couplées. Elle débute par une phase de mélange entre les fluides (prémélange), se traduisant par la fragmentation du corium et sa dispersion dans le réfrigérant. Ce processus de fragmentation impacte les échanges thermiques (ébullition et mise en mouvement du fluide environnant (réfrigérant)) et les processus chimiques (oxydation du corium et génération d’hydrogène). Cette thèse apporte de nouveaux éléments concernant la compréhension physique et la modélisation du phénomène de fragmentation du corium, dont l’objectif principal est d’améliorer la modélisation dans le logiciel de thermohydraulique multiphasique MC3D, développé par l’IRSN. L’étude proposée se base sur l’hypothèse de la modélisation de la fragmentation comme un phénomène multi-échelle avec un découplage entre taux de fragmentation du jet et dimension des gouttes résultantes. Elle suppose un processus de fragmentation qui est le résultat d’une déstabilisation primaire (passage jet -> grosses gouttes) pilotée par les grandes échelles de l’écoulement et d’un processus de déstabilisation secondaire menant à une fragmentation finale dépendante des paramètres plus «locaux» de l’écoulement. Nous avons conjugué notre modélisation avec une méthode de type MUSIG récemment introduite dans le logiciel MC3D. Les gouttes de corium y sont représentées, via un découpage en classes, par plusieurs champs de masse et d’énergie avec des diamètres distincts. Malgré les avancées dans la modélisation de la fragmentation, la compréhension des mécanismes et la caractérisation de la fragmentation des gouttes liquides est encore très imparfaite, particulièrement dans le cas liquide/liquide. Le travail de thèse s’est alors orienté vers l’analyse de ce processus en utilisant le logiciel de simulation GERRIS. L’étude conduit à proposer une nouvelle carte de régimes de fragmentation en configuration liquide/liquide, une compréhension plus approfondie de la dynamique de fragmentation et une analyse sur l’interaction vortex-goutte pilotant la transition entre les régimes. / In the case of a severe accident in a nuclear power plant, the molten core may flow into water and interact with it. The consequences of this fuel-coolant interaction (FCI) for the follow-up of the accident may be numerous so the phenomenon needs to be described accurately, one of them called “steam explosion” can lead to the failure of the nuclear reactor containment. FCI is a complex multiphase interaction involving several physical phenomena. The premixing phase of the interaction consists in the fragmentation and dispersion of corium in the coolant pool. This phase is driven by the fragmentation process which modifies heat transfers (coolant boiling dynamics) and chemical reactions (corium oxidation and hydrogen generation). This thesis brings new elements about the corium jet and droplet breakup with the main goal of improve fragmentation models on the MC3D multiphase code, developed by the IRSN. Our study is based on a multi-scale fragmentation process where the jet fragmentation rate and final droplet dimensions are not coupled themselves. We suppose a fragmentation process resulting from a primary instability (mass transfer within jet and big droplets) depending on the large flow scales and a secondary instability depending on the small flow scales (leading to final droplet breakup). This model has been implemented in MC3D in combination with the MUSIG method recently added to MC3D. In this method, droplets are represented using several classes, each of them with their own droplet diameter, mass and energy fields. Despite new improvements on modeling corium fragmentation, there is still a lack on the comprehension and characterization on the liquid droplet fragmentation, particularly on liquid/liquid configurations. In this thesis, we study in detail droplet breakup using the computational fluid dynamics software GERRIS. As a result, we find a new droplet breakup classification in liquid/liquid configurations, we improve the droplet breakup dynamics comprehension and we analyze the droplet-vortex interaction to determine breakup regime transition.

Une des problématiques majeures dans l’industrie des bioprocédés réside dans l’extrapolation des procédés biologiques à grande échelle. On observe généralement à l’échelle industrielle des écarts de rendement de croissance de la biomasse, ainsi que la formation de sous-produits comparativement à l’échelle du laboratoire. La formation de gradients de concentration à l’échelle des bioréacteurs est souvent évoquée. Dans ce travail, les interactions entre micromélange et assimilation du substrat sont abordées à l’échelle du microorganisme. Un modèle couplant transport et assimilation à l’échelle d’un microorganisme est proposé. L’existence de régimes physique et biologique, limitant l’assimilation du substrat est mise en lumière. Une approche basée sur le suivi Lagrangien de particules dans un champ de turbulence homogène isotrope est ensuite retenue. Les effets des hétérogénéités de concentration vues par les microorganismes, sont traduits à l’échelle de la population entière. Une loi analytique permettant de construire la distribution de flux reçus par les microorganismes à partir de la distribution de concentration en substrat dans le fluide, est proposée. Partant de cette distribution de concentrations vues, l’adjonction d’un modèle métabolique simplifié permet d’expliquer les baisses de vitesse spécifiques de croissance et la formation de sous-produits observées expérimentalement. Enfin, de premiers résultats sur le couplage inverse biologique sont présentés. L’effet des microorganismes sur le champ de concentration est caractérisé et une étude paramétrique sur les propriétés dynamiques et biologiques est réalisée. / The scale-up of biological process is a critical issue in the bioprocess industry. When passing from a laboratory to an industrial scale, the conversion yield of substrate into biomass is often overestimated and by-products are formed. Different existing works attempt to predict the effect of mixing on biomass growth and the emergence of substrate concentration gradients at the reactor scale are a first explanation of the degraded performances. In this work the interactions between micro-mixing and substrate assimilation are addressed at the microorganism scale. A coupled transport-assimilation model is proposed for an isolated microorganism. The emergence of physical and biological regimes limiting the substrate assimilation is enlightened. An approach based on the Lagrangian tracking of microorganisms in a homogeneous isotropic turbulent field is then chosen. The effects of local concentration heterogeneities seen by microorganisms are observed at the population scale. An analytical expression is proposed for the assimilated substrate flux distribution by the microorganisms, based on the substrate concentration distribution in the fluid. From these concentrations encountered by microorganisms, we coupled a simplified metabolic model that explains the decreased specific growth rate, and the by-products formation often observed in many experiments. Finally, first results on the biological two-way coupling are proposed. The effect of microorganisms on the substrate field is characterised and a parametric study on the dynamics as well as biological parameters is realised.

L'augmentation globale du trafic aérien mondial est susceptible de fortement augmenter les nuisances sonores induites autour des aéroports. De fait, des initiatives à diverses échelles sont prises afin de réduire le bruit des aéronefs. Le "bruit de cellule" de l'avion (airframe noise) est un contributeur majeur du bruit total en phase d'approche, dont environ un tiers est émis par le train d'atterrissage. La simulation aux grandes échelles (LES) des équations de Navier-Stokes compressibles a été identifiée comme une candidate pour la prédiction du bruit de train d'atterrissage. Elle permet de résoudre l'écoulement intrinsèquement instationnaire autour du train, et de capturer les différentes échelles des structures turbulentes mise en jeu dans le sillage. En outre, une approche non-structurée est retenue afin de traiter des géométries réalistes et complexes de trains d'atterrissage. Répondant à ces critères, le logiciel AVBP est choisi pour de telles simulations. Une analogie de Ffowcs-Williams et Hawkings est ensuite utilisée pour propager les sources acoustiques en champ lointain. La détermination des paramètres de simulation optimaux ainsi qu'une validation du code sont effectuées sur le cas académique du "barreau-profil" réalisé à l'Ecole Centrale de Lyon. Un bon accord des résultats aérodynamiques et acoustiques est observé avec la base de donnée expérimentale ainsi qu'avec d'autres résultats numériques. Une analyse des sources acoustiques a également été mise en oeuvre, mettant en évidence une contribution significative du cylindre aux angles rasants ainsi que des phénomènes interférentiels entre les émissions du cylindre et du profil, constructifs ou destructifs selon l'angle d'observation. Le code AVBP est ensuite utilisé pour la simulation des écoulements autour des trois trains simplifiés de la base de donnée LAGOON, supportée par Airbus. Un bon accord est globalement obtenu pour les résultats aérodynamiques et acoustiques pour les trois géométries de train, et les tendances des résultats expérimentaux lors de le complexification de la géométrie sont retrouvés à l'aide de la LES. Une étude des sources acoustique est ensuite réalisée. Les contributions respectives de chaque élément des trains sont identifiées, et une attention particulière est portée sur les tons de cavité. La structure de ces derniers est clairement mise en évidence à l'aide d'un solveur des équations d'Helmholtz (AVSP), expliquant également l'absence de tons pour les micros en survol. Les effets de l'ajout d'éléments supplémentaires pour les deux dernières configurations de train sont également étudiés, et il est montré en particulier qu'un bruit d'interaction, similaire à celui observé dans le cas "barreau-profil", entre le sillage de la barre de traction et l'essieu du train explique la prédominance d'un ton supplémentaire dans les spectres en champ lointain sur les tons de cavité. / Global air traffic growth is most likely to increase the community noise around airports. Consequently, several initiatives have been taken to reduce aircraft noise. Airframe noise has been identified as a major contributor to aircraft noise at approach, and one third is emitted by the landing gear. Compressible Large Eddy Simulation (LES) is a promising candidate for landing gear noise prediction. It is able to solve the unsteady flow around the landing gear, and also to capture the broad range of turbulent structures in the wake. Unstructured meshing approach has been selected to handle industrial-like and complex landing gear geometries. The AVBP software fulfills these criteria, and thus has been chosen to conduct the simulations. A Ffowcs-Williams and Hawkings analogy is also used to propagate the noise sources to the far-field. The best practices determination and the code validation are carried out on the academic "rodairfoil" configuration, which has been experimentally studied at Ecole Centrale de Lyon. A good agreement is observed between the numerical aerodynamic and acoustic results and the experimental database, as well with the other numerical simulations from the literature. A noise source analysis is also carried out, showing a significant contribution of the rod at grazing angles, as well as interferences between the rod and airfoil contributions, either being constructives or destructives depending on the observation angle. Then, the AVBP code is used to simulate unsteady flows around the three landing gear configurations of the LAGOON database, supported by Airbus. A good agreement is found for the aerodynamic and acoustic results for the three geometries, and experimental results tendencies are retrieved with LES while increasing the landing gear complexity. A noise source analysis leads to the identification of the noise source contributions of each landing gear element. A special attention is also paid on the cavity modes. Their structure, exhibited with a Helmholtz equation solver (AVSP), explains the absence of tone in the flyover direction. For the second and third geometries, it is also shown that interactions between the tow bar wake and the axle, similarly to the ones observed in the rod-airfoil benchmark, lead to an additional tone in the far-field spectra, which prevails on the initial cavity modes.

Cette thèse porte sur l’étude numérique de la dynamique des écoulements fluide-particules au sein des lits fluidisés denses. Le but de ces travaux est d’améliorer la compréhension des phénomènes qui s’y déroulent afin d’optimiser les performances des procédés industriels confrontés à ces écoulements diphasiques. En effet, la diversité des échelles de longueur et les différents types d’interaction fluide-solide et solide-solide rencontrées dans ce type de configuration rendent cette catégorie d’écoulement particulièrement complexe et intéressante à étudier. Le modèle développé à cet effet permet de suivre individuellement la trajectoire des particules et de traiter les collisions avec leurs voisines tandis que la phase fluide est décrite de façon localement moyennée. Dans ce mémoire, nous présentons tout d’abord les origines physiques du phénomène de fluidisation d’une population de particules et les grandeurs physiques qui le caractérisent. Puis nous détaillons le modèle Euler-Lagrange implémenté et présentons une série de tests de validation basés sur des résultats théoriques et des comparaisons à des résultats expérimentaux. Cet outil numérique est ensuite employé pour simuler et étudier des lits fluidisés comportant jusqu’à plusieurs dizaines de millions de particules. Enfin, nous comparons des simulations réalisées conjointement à l’échelle micro et avec le modèle développé au cours de cette thèse à l’échelle méso. / This thesis deals with numerical analysis of particulate flows within dense fluidized beds. The aim of this work is to improve phenomena understanding in such flows in order to optimize engineering processes design. Wide variety of length scales and various fluid-solid and solid-solid interactions makes complex and challenging this type of flows study. The present developed model permits individual particle tracking and handle particles collisions whereas fluid flow is space averaged. In this manuscript, we first present origins of fluidization phenomenon and describe the macroscopic quantities which characterize it. Then we introduce the Euler-Lagrange model we developed and detail its numerical implementation. Moreover, we present a bench of validation tests based both on theoretical results and experimental data comparison. This numerical tool is then used to simulate and study fluidized beds containing up to several tenth of millions particles. Finally, we compare simulations performed both at micro and meso scales, i.e. with the model developed during this thesis.