Séminaire FTC: L’inégalité diurne dans la baie du Mont-Saint-Michel : impact sur la dynamique des ressauts de marée et sur les archives sédimentaires

Lucille Furgerot

Le projet ANR Mascaret (2011 à 2015) a permis, entre autres, d’instrumenter le mascaret dans la baie du Mont-Saint-Michel. Cette baie hypertidal très étudiée dans sa partie externe pour des problématiques d’envasement reste peu connue dans sa partie interne. La dernière campagne de terrain menée dans l’estuaire interne de la Sée sur un cycle de marée semi-mensuel (14 jours), a fourni un set de données complet sur l’évolution des ressauts de marées en fonction du marnage et de leur impact sur le transport sédimentaire. Le couplage de ces données avec quelques observations récentes d’enregistrements sédimentaires met en évidence une amplification de l’inégalité diurne pouvant altérer la lecture des archives sédimentaires.

Légende :

a.Localisation du site d’étude (rectangle rouge); b.Lecture d’une coupe sédimentaire de berge. Chaque doublet (d1 à d9) représente le dépôt sédimentaire lors d’une seule phase de flot (1 doublet = 1 marée) ; c.Evolution de la hauteur d’eau (en rouge) et de la concentration en matières en suspension sur le fond (points noirs) et à 40 cm au-dessus du fond (points bleus), pour 4 marées successives. a.B. = above the bottom; TR = marnage externe mesuré à St Malo.

[d2] Soutenance de thèse – Thomas Larrieu – Mardi 7 juin à 13h30

Les interactions fluide-structure (IFS) sont aujourd’hui des phénomènes fortement étudiés, car elles interviennent dans un grand nombre d’applications. Dans les domaines maritime et fluvial, les dispositifs de récupération d’énergie, les systèmes de protection des cotes ou des berges ou encore les systèmes de ralentissement des crues sont basés sur ces IFS avec des structures artificielles ou naturelles. Les travaux présentés dans ce manuscrit ont pour objectifs d’évaluer les conséquences de la présence de structures flexibles sur un écoulement turbulent dans différentes configurations. Les éléments flexibles utilisés sont des cylindres circulaires dont les caractéristiques mécaniques sont inspirées des propriétés de structures végétales aquatiques. Lorsque ces structures sont placées dans un écoulement, elles subissent de grandes déformations dont les phénomènes observables sont caractérisés par l’IFS pour laquelle le paramètre majeur est le nombre de Cauchy. Trois études principales composent ces travaux, avec dans un premier temps le cas fondamental d’une structure isolée dans un écoulement, dans un second temps l’étude de pertes de charge causées par un faisceau de structures et pour finir une application sur un dispositif hydraulique d’une canopée de structures flexibles sur le radier d’une passe à poissons à fentes verticales. Chacune de ces études a été menée expérimentalement et a conduit à la création d’un modèle numérique d’une part et d’autre part à l’étude d’une modélisation 1D sur la base des phénomènes mis en jeux. 

Les expériences menées ont nécessité la mise en place de mesures de hauteurs d’eau par sondes acoustiques, de vitesses tridimensionnelles locales avec sonde ADV (Vélocimètre Acoustique à effet Doppler), de vitesse 2D à deux composantes par méthode PIV (Vélocimétrie par Images de Particules) et des mesures de déformations des structures flexibles par ombroscopie. Les simulations numériques 3D instationnaires LES à surface libre avec IFS par couplage fort ont été réalisées et ont été validées à partir des résultats expérimentaux. Ces résultats de simulation ont permis de compléter les observations expérimentales en offrant des informations complémentaires sur les grandeurs des écoulements et sur les comportements des structures flexibles. De façon générale, pour une structure flexible isolée dans l’écoulement, son comportement dynamique (déplacements longitudinaux et transversaux) et les vitesses de l’écoulement dans son sillage dépendent des caractéristiques des régimes de l’écoulement et de la rigidité de la structure. Les fréquences du lâcher tourbillonnaire dans le sillage de la structure ont notamment été étudiées. Lorsque ces structures sont implantées en faisceaux de différentes densités, leur capacité de flexion réduit la résistance à l’écoulement et donc les pertes de charge par rapport à des structures rigides. Dans le cas où une canopée de structures flexibles est implantée sur le radier d’une passe à poissons, alors l’écoulement est modifié avec une réduction des vitesses et de l’énergie cinétique turbulente dans la canopée et une augmentation de la vitesse au-dessus. Le comportement hydraulique est modifié avec une baisse des coefficients de débits et des topologies très instationnaires dans les bassins. 

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Fluid-structure interactions (FSI) are nowadays highly studied phenomena because they are involved in a large number of applications. In the maritime and fluvial domains, energy recovery devices, shoreline protection systems or flood control systems are based on these FSI with artificial or natural structures. The work presented in this manuscript aims to evaluate the consequences of the presence of flexible structures on turbulent flow in different configurations. The flexible elements used are circular cylinders whose mechanical characteristics are inspired by the properties of aquatic plant structures. When these structures are placed in a flow, they undergo large deformations whose observable phenomena are characterized by the Fluid-Structure Interaction for which the major parameter is the Cauchy number. Three main studies compose this work, with first the fundamental case of an isolated structure in a flow, second the study of head losses caused by a bundle of structures and finally an application on a hydraulic device of a flexible structure canopy on the apron of a vertical slots fishway. Each of these studies was conducted experimentally and led to the creation of a numerical model on the one hand and on the other hand to the study of a 1D model based on the phenomena involved. 

The experiments carried out required the implementation of measurements of water heights by acoustic probes, of local three-dimensional velocities with ADV probe (Acoustic Doppler Velocimetry), of 2D velocity with two components by PIV method (Particle Image Velocimetry) and measurements of deformations of flexible structures by shadowgraphy. The 3D unsteady LES free surface numerical simulations with FSI by two ways coupling have been performed and validated from the experimental results. These simulation results complemented the experimental observations by providing additional information on the flow quantities and behaviours of the flexible structures. In general, for a flexible structure isolated in the flow, its dynamic behaviour (longitudinal and transverse displacements) and the flow velocities in its wake depend on the characteristics of the flow regimes and the stiffness of the structure. In particular, the frequencies of the vortex release in the wake of the structure have been studied. When these structures are implemented in bundles of different densities, their bending capacity reduces the flow resistance and thus the head losses compared to rigid structures. In the case where a canopy of flexible structures is implanted on the apron of a fishway, then the flow is modified with a reduction of velocities and turbulent kinetic energy in the canopy and an increase of the velocity above. The hydraulic behaviour is modified with a decrease in flow coefficients and very unsteady topologies in the pools. 


Séminaire FTC: Présentation du Centre de Recherche Acoustique – Signal – Humain Campus B-17, Université de Poitiers – Philippe Micheau

Depuis 1997, Philippe Micheau est professeur de mécatronique au département de génie mécanique de l’Université de Sherbrooke (UdeS, Québec, Canada) et membre du réputé Groupe d’Acoustique de l’UdeS (GAUS). Il possède une expertise en mécatronique, en contrôle actif de bruits et vibrations, méthodes d’inspection ultrasonore et en ventilation liquidienne (89 articles, 10 brevets). Il a collaboré à de nombreux projets de recherche académique et industriel, nationaux et internationaux dans le domaine de l’acoustique et du médical. En 2018, après 18 ans de recherche sur la technologie Inolivent de ventilateur liquidien, il a co-fondé la compagnie Orixha (France) pour transférer ce traitement innovant dans les hôpitaux. Depuis 2020, il dirige le Centre Recherche Acoustique-Signal-Humain (CRASH-UdeS).

Le Centre Recherche Acoustique-Signal-Humain (CRASH-UdeS) fondé en 2020 est reconnu comme l’un des 23 Centres de recherche de l’Université de Sherbrooke. Il regroupe 18 professeures et professeurs sur 3 facultés (génie, école de musique, et physiologie),  plus de 60 étudiants et 10 professionnels de recherche. Il est reconnu pour l’excellence de ses activités et comme un espace privilégié où les étudiantes et étudiants des cycles supérieurs peuvent mener leur projet de recherche. Il vise à offrir un environnement de recherche diversifié, inclusif et équitable pour tous ses membres. Le CRASH-UdeS gère l’ensemble de son infrastructure majeure (salle anéchoïque, salle réverbérante, soufflerie anéchoïque) et de son équipement (vibromètre laser 3D, système d’acquisition multi-canaux, réseaux de microphones), via la Plateforme d’Instrumentation Mécanique de l’UdeS (PIMUS) reconnue et appuyée financièrement par la Faculté de Génie de l’UdeS. Au sein du CRASH-UdeS, le Groupe d’Acoustique de l’Université de Sherbrooke (GAUS), fondé en 1984, est un regroupement de 6 professeurs constituant le groupe académique en acoustique le plus réputé au Canada. En 2017, il a établi un partenariat avec plusieurs laboratoires d’acoustique réputés à Lyon et au Mans en France pour la création d’un Laboratoire International Associé (LIA) Jacques-Cartier en acoustique, qui a été approuvé par le Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS, France).

Centre de recherche acoustique-signal-humain de l’Université de Sherbrooke – Université de Sherbrooke (usherbrooke.ca)

Séminaire FTC: Upscaling, connectivity, percolation: a case study in 2D and 3D random binary media – Alejandro Boschan

Abstract: Effective or equivalent petrophysical properties obtained in the upscaling process strongly depend on the connectivity of the more conductive components (facies).

This is why a lot of effort has been devoted to characterize this connectivity, and quantify its impact on flow and transport. In this talk, we’ll discuss a numerical study over the influence of connectivity on the equivalent hydraulic conductivity (Keq) of binary media samples with different connectivity structures, using some concepts from percolation theory.

We will show that the influence of a connectivity structure on Keq is different in 2D than in 3D. Also, we will show that, in both cases, any influence of connectivity on Keq is well accounted for simply by a shift in the percolation threshold, which suggests that Keq is controlled mainly by the proximity to percolation.

Dr.Alejandro Boschan
Grupo de Medios Porosos, Facultad de Ingeniería, UBA
http://web.fi.uba.ar/~abosch/ <http://web.fi.uba.ar/~abosch/>

Séminaire FTC: Scale-by-scale turbulence energy in non-homogeneous turbulence – john-christos Vassilicos

Abstract: A theory of non-homogeneous turbulence is developed and applied to boundary-free shear flows. The theory introduces assumptions of inner and outer similarity for the non-homogeneity of two-point statistics, and predicts power-law scalings of second-order structure functions that have some similarities with but also some differences from Kolmogorov scalings. These scalings arise as a consequence of these assumptions, of the general interscale and interspace energy balance, and of an inner–outer equivalence hypothesis for turbulence dissipation. They reduce to the usual Kolmogorov scalings in stationary homogeneous turbulence. Comparisons with structure function data from three qualitatively different turbulent wakes provide support for the theory’s predictions but also raise new questions for future research.

https://lmfl.cnrs.fr

https://lmfl.cnrs.fr/perso/christos-vassilicos-home/

Séminaire – Mécanique des fluides et aéronautique dans la première moitié du 20e siècle : enjeux scientifiques, industriels et culturels François Charru

Mécanique des fluides et aéronautique dans la première moitié du 20e siècle : enjeux scientifiques, industriels et culturels
François Charru
Institut de mécanique des fluides de Toulouse – Université de Toulouse

L’aéronautique française a connu dans la première décennie du 20e siècle un essor fulgurant, porté par de généreux mécènes privés et par un enthousiasme populaire considérable. Mais cette aéronautique décline dans l’entre-deux-guerres, faute de savoir s’organiser en véritable industrie. Un ministère de l’Air est créé en 1928 afin de redresser la situation. Son énergique directeur technique, Albert Caquot, lance alors un ambitieux programme en faveur de la mécanique des fluides, avec la création de quatre instituts et cinq centres d’annexes d’enseignement — dont un à la faculté des sciences de Poitiers. Ce programme, par son ampleur et sa hauteur de vue, constitue une première politique nationale pour la recherche scientifique et préfigure la création ultérieure des grands organismes nationaux de recherche.

Du côté scientifique, la possibilité même de l’envol mécanique d’un « plus lourd que l’air » a longtemps divisé les savants, et l’évidence de sa réalisation par d’intrépides aventuriers suscite des controverses. La théorie de la couche limite de Ludwig Prandtl, à Göttingen, ne sera ainsi acceptée en Angleterre qu’au milieu des années 1920. Un autre domaine se développe alors en Allemagne et en Angleterre, en liaison avec la mécanique statistique : l’étude des écoulements turbulents. Comment les nouvelles théories, qui réconcilient l’hydraulique des ingénieurs avec la mécanique « rationnelle », ont-elles été reçues en France ? Quelles ont été les contributions françaises ? Quel a été l’effet des moyens considérables investis par le ministère de l’Air ? Le séminaire présentera cette histoire dans ses dimensions scientifiques, industrielles et culturelles, en y situant plus particulièrement la mécanique poitevine.

https://www.imft.fr

https://www.imft.fr/annuaire/charru-francois/

Webinaire – Theoretical and numerical analysis of the evaporation of mono- and multicomponent single fuel droplets_ _Alejandro Millán-Merino, Eduardo Fernández-Tarrazo and __Mario Sánchez-Sanz

Mario SANCHEZ SANZ
mssanz@ing.uc3m.es

Associate Professor
Fluid Mechanics Research Group
Universidad Carlos III de Madrid

_Title: Theoretical and numerical analysis of the evaporation of mono- and multicomponent single fuel droplets_

_Alejandro Millán-Merino, Eduardo Fernández-Tarrazo and __Mario Sánchez-Sanz _

Single fuel droplet vaporization, with special attention to the case of ethanol, is considered in this study. First, we showed, using an order-of-magnitude analysis and detailed unsteady simulations, that the commonly used quasi-steady assumption is not suitable for an accurate description of the liquid phase during the evaporation process. Second, we demonstrated that an increase in the relative importance of radiation explains the departures of the evaporation rate from the d2-law observed experimentally when sufficiently large droplets – initial radius above 0.25 mm – evaporated in ambient temperatures around 800 K. The multicomponent formulation included here, in which the physical properties of both liquid and gas phases depend on the concentration of the different species involved, was validated by comparing our numerical results with experimental data of ethanol, _n_-heptane, ethanol-water and _n_-dodecane-_n_-hexadecane droplets available in the literature. Because of its technological relevance, we dedicated special attention to the effect of the droplet water content and ambient humidity on the evaporation time of ethanol droplets. Our computations showed higher vaporization rates with increasing ambient humidity as a consequence of the extra heat generated during the condensation of moisture on the droplet surface.

Webinaire FTC: Using Scale Modelling to Assess the Prehistoric Acoustics of Stonehenge, Trevor Cox

With social rituals usually involving sound, an archaeological understanding of a site requires the acoustics to be assessed. This talk details how this can be done with acoustic scale models. Scale modelling is an established method in architectural acoustics, but it has not previously been applied to prehistoric monuments. The Stonehenge model described here allows the acoustics in the Late Neolithic and early Bronze Age to be quantified and the effects on musical sounds and speech to be inferred. It was found that the stone reflections create an average mid-frequency reverberation time of (0.64 ± 0.03) seconds and an amplification of (4.3 ± 0.9) dB for speech.
The model has a more accurate representation of the prehistoric geometry, giving a reverberation time that is significantly greater than that measured in the current ruin and a full-size concrete replica at Maryhill, USA. The amplification could have aided speech communication and the reverberation improved musical sounds. How Stonehenge was used is much debated, but these results show that sounds were improved within the circle compared to outside. Stonehenge had different configurations, especially in terms of the positions of the bluestones. However, this made inaudible changes to the acoustics, suggesting sound is unlikely to be the underlying motivation for the various designs.

Séminaire FTC: Rhéologie des matériaux granulaires cohésifs: Ecoulement de grains humides sur plan incliné, Stephanie Deboeuf

Stéphanie DEBOEUF de l’institut d’Alembert (Paris)

Présentera les écoulements multi-phasiques naturels ou industriels (glissements de terrain, coulées de boue, mélanges de poudres, …) montrent des propriétés rhéologiques non triviales, que je cherche à mieux comprendre grâce à des expériences modèles. Je présenterai nos travaux récents sur les matériaux granulaires humides en écoulement sur un plan incliné, dont la rhéologie, à mi-chemin entre celles des matériaux granulaires secs et des suspensions concentrées, est assez peu documentée.

Nos expériences révèlent des configurations d’écoulement stationnaire uniforme pour une large gamme de paramètres expérimentaux (angle de la pente, ouverture du silo, quantité de liquide). Un modèle rhéologique, associant le critère de limite de stabilité de Mohr-Coulomb et la rhéologie du mu(I) identifié pour les écoulements granulaires non cohésifs: tau = tau_c + mu(I) P, où tau_c et mu(I) sont respectivement la contrainte seuil de cohésion et le coefficient de frottement interne dépendant du nombre adimensionné inertiel I, est étudié. Ce modèle prédit bien nos mesures expérimentales, à condition … SUSPENS! …

Cela suggère de confronter nos données expérimentales aux différentes propositions faites dans la littérature pour unifier écoulements secs, cohésifs, en suspension, … par E. Guazzelli et al (2018), T. Vo et al (2020), S. Mandal et al (2020), …

Webinaire FTC: Internal wave crystals, Séverine Atis.

Geophysical fluids such as the ocean and atmosphere can be stratified: their density depends on the depth. As a consequence, they can host internal gravity waves that propagate in the bulk of the fluid and transport energy and momentum far from the surface. These waves can be carried over large distances, thereby influencing large-scale circulation patterns and climate. In the ocean, the interplay between heat diffusion and salt diffusion can lead to the formation of spatially periodic density profiles called thermohaline staircases. Drawing an analogy from electronic band structure of one-dimensional crystals, we show with laboratory experiments the existence of band gaps, ranges of frequencies over which the wave propagation is prohibited in the presence of a periodic stratification. We also demonstrate the existence of surface states arising at the boundary of the resulting internal wave crystal, and elucidate their relation with topological insulators. Our results suggest that periodic stratifications can profoundly affect internal wave dynamics in geophysical fluids ranging from the Arctic Ocean to giant planet interiors.