Des structures de réseaux dans le plan 2D sont présentes tout autour de nous, des plans de rue des villes aux veines dans les feuilles d’arbres, en passant par certains coraux, réseaux de vascularisation de méduses, les deltas de fleuves ou encore dans Physarum polycephalum, le fameux « blob ». Ce séminaire portera sur un système type produisant de tels réseaux, les craquelures obtenues par dessiccation de l’argile, qui permet à la fois de contrôler différents paramètres induisant des changement de morphologies, et de suivre la croissance du réseau au cours du temps.
Je présenterai les différents résultats d’expériences menées pendant ma thèse, ainsi qu’un modèle permettant de comprendre la grande variabilité de motifs observés dans ce systèmes, illustrée dans les images ci-jointes. La présentation de ce modèle permettra de décrire la dynamique de séchage, l’évolution de champ de déformations/contraintes, ainsi que la croissance et les interactions entre les craquelures,afin de relier la forme complexe des structures globales de réseaux à des régimes simples de croissance locale de craquelures.
Les craquelures dans l’argile permettent d’appréhender en tant que modèle simple l’émergence de structures complexes de réseaux dans une grande variétés de systèmes sociaux, physiques ou biologiques.
Abstract: Several problems in earth sciences and engineering arise from complex systems governed by nonlinear PDEs. There are two major challenges in this area: a) The need for a computationally efficient, rapid modeling capability to assist in design and forecasting, i.e. surrogate modeling, and b) The growing need to exploit sparsely sampled sensor and measurement data, to estimate the state of the full complex system i.e. sparse sensing. Both these challenges are characterized by lack of a robust theoretical or analytical formulation, unlike numerical simulation of partial differential equations. Data-driven techniques like machine learning have shown promise, but there is considerable progress to be made for applications. In this talk, I will present some recent advances our team at Los Alamos National Laboratory has made in these areas. I will discuss our sparse sensing learning approaches that can scale to large datasets in diverse applications. Additionally, I will present a few promising directions in the area of interpretable machine learning for surrogate modeling of PDEs, with a focus on fluid dynamics. We demonstrate that methods that reduce excessive dependence deep neural networks and instead achieve superior accuracy by a tighter coupling with the governing equations. I will also outline the path ahead and opportunities for collaborative research.
The prediction of the evolution of coherent structures in turbulent flows by models linearised over the mean flow leads to a closure problem. We propose to go back to the conservation laws, and to consider a version of the Navier-Stokes equations submitted to a stochastic transport, referred to as « under location uncertainty ». In this framework, the displacement of a particle is caused by a resolved time-differentiable velocity field perturbed by a Brownian motion mimicking the effect of turbulent fluctuations. With these hypotheses, conservation laws show additional terms such as a stochastic diffusion induced by the Brownian motion or an effective transport velocity from high to low turbulence regions.
We propose to linearise this set of stochastic equations over the mean flow of turbulent channels at friction Reynolds numbers 180, 550 and 1000, in order to predict coherent streaks/rolls structures in the buffer and logarithmic layer. We show that for such a flow, it is required to add a non-linear forcing term, as performed in resolvent analysis, to account for non-linear interactions between time-correlated structures, active in the regeneration cycle of roll/streaks structures. We show moreover the improvements of predictions in the logarithmic layer by employing the stochastic modelling.
Bio:
Gilles Tissot est chercheur à INRIA Rennes dans l’équipe Odyssey. Il a effectué sa thèse à l’institut Pprime avec Laurent Cordier et Bernd Noack. Il a effectuer un post-doc à l’ITA (Brésil) avec André Cavalieri, un post-doc à l’institut de mathématiques de Toulouse avec Jean-Pierre Raymond et un post doc au laboratoire d’acoustique de l’université du Mans avec Gwénaël Gaba
Les coraux mous, tels que le panache marin bipenné Antillogorgia bipinnata, sont des animaux qui forment des colonies et se nourrissent en attrapant les particules de nourriture apportées par les courants. Grâce à leur squelette flexible en forme d’arbre, ils se plient et se balancent d’avant en arrière avec la houle. En plus de ce balancement à basse fréquence de toute la colonie, les branches d’A. bipinnata vibrent à haute fréquence avec une faible amplitude. Nous montrons que les tourbillons lâchés dans le sillage de la colonie corallienne sont probablement responsables de ces vibrations. Pour évaluer l’impact de la dynamique sur l’alimentation par filtration, nous simulons des particules advectées par l’écoulement autour d’un cylindre circulaire et calculons le taux de capture avec un solveur d’interaction fluide-structure. Nous observons que les cylindres vibrants peuvent capturer jusqu’à 40% de particules en plus que les cylindres fixes. Les vibrations induites par les tourbillons (VIV) améliorent vraisemblablement la capture de nourriture par les coraux mous. De même, la dispersion/capture du pollen et la dispersion des graines sont probablement affectées par les VIV.
Frédérick P. Gosselin est un expert en mécanique des structures élancées. Il est professeur au département de génie mécanique de Polytechnique Montréal (en poste depuis 2012). Il a obtenu sa maîtrise en génie de l’Université McGill à Montréal en 2006. Il a ensuite obtenu un doctorat de l’École Polytechnique en France (2009) sous la direction d’Emmanuel de Langre pour ses travaux sur les mécanismes d’interactions fluide-structure entre écoulements et végétation. Il a été professeur agrégé invité au département de botanique de UBC à Vancouver, au Canada, en 2018-19. Il est éditeur associé au Journal of Fluids and Structures. Il étudie une variété de structures élancées allant des branches et feuilles d’arbres, de la soie d’araignée et des membranes cellulaires aux ailes d’avions et turbines hydrauliques. Il est titulaire d’une subvention à la découverte du CRSNG pour étudier la mécanique des structures biologiques élancées.
Pour en savoir plus :
Boudina, M., Gosselin, F.P., Étienne, S. « Vortex-induced vibrations: a soft coral feeding strategy? » Journal of Fluid Mechanics, 2021, 916, A50.
Lors de deux nuits consécutives – le 23 novembre 1725 vers 10 heures et demie du soir et la nuit suivante vers 3 heures du matin – Pierre Bouguer compare la lumière de la pleine Lune à celle de quatre chandelles. Il réalise ainsi la première mesure photométrique documentée et obtenue à l’aide d’une méthode rationnelle. Dans son Essai d’optique sur la gradation de la lumière publié en 1729, le savant a conscience à la fois de l’importance de sa découverte mais aussi du manque d’applications directes de sa méthode. Si la réussite est totale en considérant la pleine lune, les incertitudes de mesures deviennent importantes avec la lumière très intense du soleil. Et Bouguer ne se risque pas à évaluer la très faible intensité des autres astres.
Dans la préface de l’Essai, il envisage une application plus étonnante : la photométrie pourrait servir pour la peinture, plus précisément pour le rendu d’une perspective aérienne, « cette gradation des teintes et demi-teintes, qui est cause que les parties d’un tableau semblent fuir ou avancer ».Cette idée fait écho à la pratique des peintres de la Renaissance, et en particulier de Léonard de Vinci. À cette époque, la perspective et la peinture à l’huile ont permis de traduire les volumes et les reliefs avec un réalisme rarement atteint jusqu’alors. Il n’est donc pas si invraisemenbable que peintres et savants se rejoignent dans la volonté de quantifier des variations de luminosités. Pendant plusieurs siècles, leurs démarches vont se répondre. Mais les liens entre photométrie et peinture se sont révélés plus minces que Bouguer ne l’espérait. En 1857, dans un article intitulé « L’optique et la peinture », le physicien Jules Jamin, s’adressant aux peintres français dits « réalistes », a démontré, photomètre en main, l’impossibilité de conserver sur une toile la même dynamique de luminosités que dans la réalité.
Ce séminaire va porter sur l’évolution hydro-morpho-sédimentaire des estuaires tidaux dans le cadre du changement global. Des modèles numériques ont été déployés sur les estuaires de la Gironde et de la Seine afin d’étudier la réponse de ces systèmes face à différentes conditions hydrométéorologiques (ex. crues-étiages, tempêtes), ainsi que face à des perturbations anthropiques (ex. modifications morphologiques dues aux dragages et aux extensions portuaires). De plus, des simulations morphodynamiques pluri-décennales, réalisées pour différents scénarios de changement climatique ont permis d’étudier la capacité des systèmes estuariens à s’adapter à la montée du niveau de la mer.
Enfin, une démarche inter-estuaires sera présentée, afin d’aller au-delà de notre compréhension site-spécifique et ainsi proposer une conceptualisation globale de la dynamique sédimentaire estuarienne.
Rotating detonation engines (RDE) are currently being investigated to implement pressure-gain combustion thermodynamic cycles. Pressure-gain combustion-based cycle could provide significant improvements over conventional isobaric burners. For practical applications, the knowledge of the heat flux to the wall in such combustor is requirement for the design of any thermal management solution. The flow field in RDE combustors greatly differs from than of conventional combustors and as such yield vastly different heat fluxes distributions in the chamber. Very few experiments have attempted to record both the flow field and the heat flux on such engines. In this work, parametric experiments are conducted on a 100 mm diameter RDE. The engine is operated with mixtures of natural gas/oxygen at mass flow rates ranging 100 to 500 g/s and varying equivalence ratio using two different injector plate design. Calorimetry experiments provided an axial resolution of the heat flux on the outer wall and demonstrated steady state is reached within 2 s in most conditions. A heat sink version of the combustor is also operated with a side optical access. The recording of the channel-integrated chemiluminescence is processed using the velocity-compensated method to provide a time-resolved detonation flow field along the full combustor height. The flow fields obtained are then used to analyse the heat flux distributions obtained.
During the presentation, you will also get to know other projects that are currently being carried out in the Aerospace and Combustion Laboratory at Sophia, like numerical computation of detonation, hypersonic shock tunnel, and drone design.
Ce séminaire va illustrer les problèmes d’interaction fluide-structure dont a étudié la dynamique grâce à des analyses linéarisées. Deux approches linéarisées (transpiration et ALE) permettant de traiter la déformation du domaine fluide induite par celle de la structure. Sur un problème jouet, je montrerai les résultats obtenus par ces deux approches et les difficultés numériques rencontrées par l’approche de transpiration qui est la plus naturelle pour un mécanicien des fluides. Dans un second temps, je présenterai des résultats sur la dynamique d’une plaque élastique accrochée à l’arrière d’un cylindre immergé dans un écoulement laminaire à bas nombre de Reynolds. J’illustrerai ainsi l’intérêt et les limites d’une approche de stabilité globale pour comprendre l’apparition des différents régimes observés en faisant varier la rigidité de la plaque.
Pour finir la présentation, je m’intéresserai au problème du contrôle passif des ondes de Tollmien-Schlichting (TS) se développant dans des couches limites sur paroi rigide en introduisant un matériau visco-élastique de longueur finie. En particulier, j’introduirai le formalisme du résolvent aéroélastique permettant d’évaluer l’atténuation des ondes TS à basse-fréquence et d’anticiper l’apparition d’ondes de flottement (TWF) à plus haute fréquence, comme illustré sur la figure ci-jointe.
