Catégorie d\'emplois : Emplois FTC

Etudes expérimentales et numériques de l’interaction bateau-ouvrage avec des expériences analogues et en bassin d’essais des carènes

L’équipe Curiosity de l’institut Pprime souhaite recruter un.e doctorant.e dans le cadre d’une collaboration avec les Voies Navigables de France (VNF) et le Laboratoire de Mathématiques et Applications (LMA) de Poitiers afin d’étudier la navigation en milieu confiné dans une optique d’interaction fluide-structures. En complément à un post-doctorat en cours sur une revisite des travaux théoriques sur les effets de confinement hydraulique et ondulatoire pour un bateau fluvial en interaction avec l’ouvrage (typiquement un canal à forme trapézoïdal), nous souhaitons désormais alimenter les études théoriques par des expériences permettant de cribler les modèles ainsi que de guider les modélisateurs vers les modèles pertinents du fait de lacunes dans la compréhension des phénomènes tels que révélées par l’analyse de la littérature et que les expériences pourraient combler. Nous proposons un sujet de thèse combinant expériences d’interactions fluide-structures dans les canaux de l’Institut Pprime et modélisations théoriques/ numériques. Sur le plan expérimental, le/la doctorant.e recruté.e caractérisera les régimes d’écoulements autour et au-dessus d’abord d’un obstacle de fond fixe qui n’occupe pas toute la largeur du canal dans une position centrale puis excentrée (le bateau analogue se rapproche des berges) par rapport à un canal à surface libre de 3m de long avec une section de canal de forme géométrique rectangulaire/trapézoïdale/triangulaire/quelconque. Puis l’obstacle sera retourné et fixé sur un actuateur vertical : une classification des écoulements autour de l’obstacle d’abord rigide puis autorisé à tanguer et/ou pilonner sera recherchée. Enfin, un passage à l’échelle dans le bassin d’essai des carènes de 30 m de long de la plate-forme PHE de l’Institut Pprime (plate-forme d’hydrodynamique environnementale : https://pprime.fr/la-recherche/fluides-thermique-combustion/plateforme-hydrodynamique-environnementale-fr/?cn-reloaded=1 ) sera effectuée pour complexifier la situation par rapport au cas modèle de l’obstacle dans un écoulement (Figure 2). Des obstacles de fond conçus par impression 3D avec des géométries (continue et discontinue, voir Figure 2) et des rapports d’aspect différents seront étudiés. Des maquettes de bateaux de coefficient de bloc différents seront utilisées.

Actionneur supersonique pulse par décharge Plasma

Les travaux à réaliser sont à la fois de nature numérique et expérimentale. Une première étape consistera à réaliser une optimisation de la forme de la cavité et de l’énergie minimum nécessaire à la modulation de la vitesse d’éjection du système de contrôle. Cette étape initiale, réalisée en amont des essais expérimentaux sera réalisée par modélisation numérique du problème. En parallèle, des essais expérimentaux préliminaires seront effectués afin d’établir une base de données essentielle à la validation de l’approche numérique. Dans un second temps, il s’agira de réaliser le prototype d’actionneur à partir des résultats numériques et d’en effectuer la caractérisation électro-thermo-mécanique. Enfin, le système de contrôle sera multiplié, intégré sur une maquette de tuyère puis testé en condition d’écoulement supersonique. 

Data-driven modelling and model predictive control of turbulent flow

Flow control consists of introducing controlled disturbances to improve the operating performance of a dynamical system. In fluid mechanics, we can seek to improve aerodynamic performance (reduction of drag or instabilities, for example) while minimizing the energy consumed to introduce the control. For reasons of energy efficiency and robustness, we would like to develop closed-loop control strategies, i.e. taking into account the state of the system to determine at each time instant the optimal forcing to introduce. Historically, much work has been carried out using model-based approaches, developed from first-principles equations (Navier Stokes equations, for example) or simplified dynamical models based on different reduced basis (POD, DMD, stability modes, etc.). However, these models are known of being fragile in terms of parametric modeling, and are therefore often poorly suited to flow control applications. The aim of this thesis is to develop simplified dynamical models of separated flows using data-driven modeling approaches, and to use these models to develop closed-loop control strategies.

Thèse: Étude expérimentale et numérique de jets débouchant dans un écoulement transverse à surface libre

Dans de nombreuses applications comme les confluences de rivière, les déversements de canal d’amenée ou des ouvrages plus spécifiques comme les passes à poissons, les jets débouchant dans un écoulement transverse sont des écoulements caractéristiques générant des structures tourbillonnaires et pénétrant plus ou moins l’écoulement principal (Figure 1).

Figure 1 : Mesure de vitesse d’un jet débouchant en aval d’une centrale hydroélectrique par LSPIV

Dans la littérature, beaucoup d’études ont été menées sur ces configurations académiques de jet débouchant dans un écoulement transverse, mais peu ont étudié l’influence de la présence d’une surface libre, pour différentes hauteurs de jet injecté, sur le développement du jet. Les effets 3D sont prépondérants dans ce type d’écoulement et l’influence de la surface libre ainsi que les rapports d’injection ne sont pas connus pour des écoulements à faible nombre de Froude. D’un point de vue plus opérationnel, les règles de dimensionnement dans les écoulements à surface libre, pour connaître leur pénétration et leur signature dans l’écoulement principal, restent très qualitatives ou basées sur l’expérience. Dans le cadre des activités du pôle éco hydraulique OFB/IMFT/Pprime, nous cherchons donc à définir ces critères de dimensionnement pour aider ensuite à la conception d’ouvrages efficaces pour l’attractivité des poissons lors de la montaison. Le sujet de thèse concerne la mécanique des fluides, l’hydraulique et les interactions entre un jet et un écoulement transverse pour des écoulements à surface libre. Le travail expérimental et numérique consistera à étudier un certain nombre de paramètres comme les rapports d’injection de quantité de mouvement, la hauteur ou l’angle du jet pour des conditions d’entrée très différentes rencontrées derrière un seuil, en sortie de turbine ou en canal turbulent. Les expériences seront réalisées sur la plateforme hydrodynamique environnementale de l’institut Pprime, principalement à partir de mesures optiques (PIV), et les simulations seront menées à partir du code de calcul StarCCM+ avec des approches instationnaires.

Le candidat devra avoir des compétences en mécanique des fluides et hydraulique des écoulements à surface libre ainsi que des connaissances en mesure et/ou simulation numérique.

Mots Clés : mécanique des fluides, hydraulique, cross-flow, expérimentation, simulation numérique

Pour tout renseignement complémentaire, n’hésitez pas à prendre contact avant fin avril 2024.
La thèse débutera à l’automne 2024.

Développement de mesures pour la distribution des charges électriques aux interfaces solide/liquide sous champ électrique direct

Le projet de thèse s’appuie sur ces précédents travaux et a pour objectif d’appliquer la métrologie à l’étude des problèmes électrolytiques. Pour ce faire, il sera nécessaire, dans un premier temps, d’ajuster les bancs de PEA et de PWP en fonction de cette nouvelle problématique. Cela impliquera notamment le développement de cellules composées d’un trinôme anode/électrolyte liquide/cathode (par exemple), représentatif des matériaux utilisés dans les batteries. Le choix des matériaux d’électrodes et d’électrolytes sera fait après discussion avec le partenaire IC2MP. Il sera essentiel de reconfigurer les bancs pour appliquer une tension continue (DC) afin d’étudier les transferts de charges électriques et leur organisation au sein de ces batteries modèles lors des phases de charge et de décharge temporelles. Dans une deuxième étape, il sera nécessaire de développer des outils de déconvolution mathématique pour extraire la distribution des charges électriques à partir des signaux de mesure. Enfin, il faudra approfondir l’interprétation de la physicochimie du transfert de charges aux interfaces, étudier la dynamique du transfert de charges, analyser et comprendre le vieillissement des mécanismes au fil des cycles de fonctionnement, examiner l’influence de la nature chimique des électrodes et des électrolytes, évaluer l’impact de l’état de surface et de la géométrie des électrodes, et apprécier l’influence de la nature du champ électrique.

Simulations numériques directes d’ondes internes en milieu stratifié

Ce projet s’inscrit dans un contexte d’études sur les ondes de gravité en milieu stratifié, telles qu’on peut les rencontrer dans l’atmosphère et les océans. Dans ce type de milieu géophysique où la masse volumique du milieu dépend de la profondeur, des ondes de gravités internes peuvent apparaître au sein du fluide, loin de la surface libre. Ces ondes peuvent transporter de l’énergie sur de grandes distances, affectant ainsi les mouvements à grande échelle au sein de l’écoulement, ainsi que le transport de chaleur, des sédiments, des nutriments et des polluants dans les océans. Lorsque la stratification de masse volumique n’est pas uniforme, les ondes internes peuvent présenter des phénomènes ondulatoires similaires à des résonances. Des « escaliers thermohalins » se forment ainsi, constitués par des profils de densité périodiques spatialement.

Cette situation, qui peut notamment s’observer dans l’océan Artique, a été mise en évidence et caractérisée expérimentalement par [1,2,3,4]. Les expériences réalisées par [1] (voir la figure ci-dessous) montrent notamment qu’il existe, du fait de la stratification, des « bandes interdites » pour les ondes de gravités internes, c’est à dire des plages de fréquences sur lesquelles la propagation des ondes internes ne peut s’effectuer du fait la stratification périodique de densité du fluide. Ces résultats suggèrent que le transport d’énergie peut être profondément affecté par la présence de stratifications périodiques dans les fluides géophysiques.

Study of mass transfers between fractures and the matrix containing them

The subject of this thesis is the understanding, modelling and numerical simulation of the transport of solutes, whether passive or reactive, in porous, permeable, heterogeneous and/or fractured media. The most immediate field of application is geological media, often with environmental concerns (sensitivity to contaminants, pollution clean-up), but geothermal energy also falls into this category if the solute is heat. When numerical simulation is based on an Eulerian approach such as the finite difference method, numerical difficulties may arise in taking into account rapid transient diffusive exchanges between matrix and fracture. One solution is to use a Lagrangian approach such as the particle method.