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Thèse 2026: Interactions entre végétation riveraine et écoulements fluviaux : implications pour la dissipation de l’énergie et le développement de solutions fondées sur la nature.

Les écosystèmes fluviaux sont de plus en plus affectés par l’érosion des berges, un phénomène amplifié par les activités humaines et le changement climatique. Face aux limites des infrastructures grises classiques, les solutions fondées sur la nature (SfN), et en particulier la végétalisation des berges, apparaissent comme des alternatives durables et efficaces pour atténuer l’érosion, réduire l’énergie des écoulements et préserver la biodiversité. La végétation riveraine joue un rôle clé dans la modulation des écoulements en réduisant les vitesses, en modifiant la turbulence et en favorisant la dissipation de l’énergie. Ces effets dépendent fortement des traits morphologiques et biomécaniques des plantes, notamment de leur flexibilité, qui conditionne à la fois leur résistance aux contraintes hydrodynamiques et leur capacité à influencer les écoulements. Cependant, les mécanismes reliant flexibilité végétale, déformation des plantes, turbulence et dissipation énergétique restent encore mal compris, en particulier dans les systèmes fluviaux, et sont rarement intégrés de manière réaliste dans les modèles hydrauliques.

Cette thèse vise à comprendre, quantifier et modéliser les interactions entre la végétation riveraine et les écoulements fluviaux, afin de fournir des bases scientifiques solides pour la conception de solutions fondées sur la nature. Les objectifs principaux sont :
– caractériser les traits morpho-biomécaniques de plantes riveraines contrastées (morphologie, rigidité, flexibilité, seuils de rupture) ;
– analyser les forces hydrodynamiques, la déformation des plantes, la turbulence et la dissipation de l’énergie induites par la végétation ;
– établir des relations quantitatives entre traits végétaux, hydrodynamique et dissipation énergétique ;
– développer des modèles prédictifs simplifiés intégrant explicitement la flexibilité végétale, transférables vers la gestion des cours d’eau.

Modélisation de l’intéraction entre filament visqueux et écoulement tourbillonnaire

La fabrication de matériaux fibreux non-tissés pour des applications telles que la filtration, l’absorption ou encore l’isolation, repose notamment sur le principe du melt-blowing; ce procédé consiste à étirer une série de filaments liquides en les accélérant dans des jets turbulents avant leur solidification [1]. La conception et l’optimisation de ce procédé requièrent une compréhension fine des mécanismes physiques sous-tendant l’interaction entre le filament et l’écoulement, ainsi qu’un modèle d’interaction suffisamment simple pour appliquer des méthodologies d’optimisation.
La dynamique du filament visqueux est fortement influencée par la multitude d’échelles présentes dans l’écoulement étirant [2], ce qui se traduit notamment par l’émergence de déformations à grande échelle (voir figure 1a). La manipulation des structures cohérentes naturellement présentes dans l’écoulement turbulent étirant apparaît alors comme un moyen efficace de contrôler l’étirage du filament. Cela ouvre la voie à une réduction de la consommation énergétique du procédé ainsi qu’une maîtrise accrue des performances des produits. Cela nécessite au préalable de mieux comprendre les mécanismes d’interaction entre ces structures et un filament visqueux, et d’en élaborer des modèles simplifiés afin d’établir des stratégies de contrôle et d’optimisation.
L’objectif de cette thèse est d’étudier par des méthodes théoriques et numériques l’interaction entre un filament visqueux et des écoulements tourbillonnaires, d’élaborer et de mettre en œuvre des stratégies de contrôle de l’étirage du filament en manipulant ces écoulements. Pour cela, le doctorant ou la doctorante pourra s’appuyer sur l’expertise du laboratoire Pprime dans des domaines de la dynamique des fluides tels que l’analyse de stabilité linéaire [4, 9], la modélisation des structures cohérentes en turbulence [5, 7, 8, 6] et le contrôle des écoulement turbulents [12, 10, 11].