Hydrodynamique et Écoulements Environnementaux – HydÉE

• Ondes de batillage (D. Calluaud, G. Pineau, G. Gomit, M. Ba)

doctorants: C. Maubant (2024-), P. Nieutin-Redon (2021-)

Les sillages de navires générés dans des eaux restreintes sont soumis à des processus dynamiques complexes, tels que l'évolution non linéaire des vagues et les interactions vagues-vagues et vagues-courants, ainsi que la rétroaction avec l'environnement. L'identification de l'hydrodynamique et de l'interaction du flux généré avec les sédiments est importante pour la gestion des voies navigables, y compris la planification du trafic, les problèmes liés à la navigation dans les eaux très fréquentées, la protection des berges et la continuité des sédiments dans la rivière (au sens de la directive cadre européenne sur l'eau). Les objectifs de cette action sont d'analyser et de caractériser ces phénomènes hydrodynamiques en fonction des propriétés des navires et des conditions hydrauliques (morphologie de la rivière avec des berges en pente douce, abruptes, en banquette) à l'aide d'essais en bassin de traction, de simulations numériques et de retours d'expérience avec les partenaires usagers et gestionnaires des voies navigables (Grand Port Maritime de Bordeaux, EPTB Sâone et Doubs, VNF, CEREMA). L'objectif est d'établir des modèles prédictifs de l'impact des vagues et des courants sur l'environnement en fonction des configurations de la voie d'eau en partenariat avec l'UTC. Cette recherche est financée en tout ou partie, par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR) au titre du projet INFLUE (Impact de la Navigation FLUviale sur l'Environnement) ANR-23-CE51-0032-01 et par la région Nouvelle Aquitaine au titre du projet NAIADE (NAvigation fluviale - ImpActs sur les berges des onDes de batillage et des Ecoulements générés) AAPR2021-2020-12002110.

Références:
Caplier C., Gomit G., Rousseaux G., Calluaud D., Chatellier L., David L. 2019. Calibrating and measuring wakes and drag forces of inland vessels in confined water in a towing tank. Ocean Engineering, Volume 186, Article 106134. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2019.106134
Caplier C., Rousseaux G., Calluaud D., David L. 2019 Effects of finite water depth and lateral confinement on ships wakes and drag, Journal of Hydrodynamics. 1-8. DOI: 10.1007/s42241-019-0054-9
Caplier C., Rousseaux G., Calluaud D., David L., Dambrine J., 2016, Energy distribution in ship wakes from a spectral analysis of the wave field: the deep and shallow water cases. Physics of Fluids, vol.28 - 107104. DOI: 10.1063/1.4964923
Gomit G., Rousseaux G., Chatellier L., Calluaud D., David L. 2014. Spectral analysis of ship waves in deep water from accurate measurements of the free surface elevation by optical methods, Physics of Fluids, vol.26 - 122101. DOI: 10.1063/1.4902415

• • Ecohydraulique (D. Calluaud, L. Chatellier, L. David, G. Pineau, G. Gomit, N. Razaaly, R. Ouchène, S. Jarny)

doctorants: G. Bon (2022-), AF. Lejeune (2020-2023), F. Lemkecher (2017-2020)

Ingénieurs:  F. Gibouin (2023), Y. Devaux (2022), C. Caplier (2021), M. Dewitte (2019)

Cette activité porte sur la restauration de la continuité écologique des cours d’eau. Elle se concentre sur la définition de solutions afin de limiter les impacts des ouvrages (seuils et usines hydroélectriques) sur le déplacement et la survie des poissons. Elle est en partenariat avec l’Office Français de la Biodiversité (OFB) et les gestionnaires d’ouvrages ou exploitant (VNF, France-HYDRO et EDF). Cette activité s’appuie sur un programme Européen H2020 FITHYDRO et très récemment sur une collaboration via un accord cadre de Pôle R&D d’écohydraulique entre l'OFB, l'IMFT et Pprime. Son principal objectif est l’amélioration des dispositifs de montaison et de dévalaison au droit des ouvrages en étudiant la turbulence et en proposant des modélisations simplifiées des ouvrages comme outils d’aide à la décision.

Pour la partie dévalaison, les études concernent le développement d’un modèle numérique sous OPENFOAM permettant de remplacer des grilles de prise d’eau par des objets poreux plus simples pour la modélisation 3D des centrales. Des mesures en laboratoire et de terrain ont permis de valider des formes de barreaux introduisant peu de pertes de charges. Une modélisation empirique a été proposée pour la modélisation des pertes de charges tenant compte de différents paramètres comme la forme des barreaux (Thèse de F. Lemkecher - 2020). Des études sur les effets de colmatage et d'optimisation de forme de barreaux sur les prises d'eau des centrales hydroélectriques sont actuellement réalisées dans le cadre de la thèse de G. Bon en partenariat avec France-Hydro et le laboratoire Siame de l'UPPA.

 Pour la montaison, des améliorations de la franchissabilité des passes à poissons à simple ou double fentes verticales ont été étudiées afin d’en améliorer les conditions hydrodynamiques dans le cadre des thèses d'A.F. Lejeune (2023) et d’A. Ballu (2017). Les effets de la géométrie des passes, des conditions hydrodynamiques amont, les influences de l’ajout d’éléments tels que des seuils et des rugosités de fond ont été analysés à partir de données expérimentales en laboratoire, de simulations numériques et mesures de terrains. 

Références:
Lemkecher, F., Chatellier, L., Courret, D., David, L., 2020. Contribution of different elements of inclined trash racks to head losses modelling, Water 12(966), 2020, doi:10.3390/w12040966

Ballu, A., Pineau, G., Calluaud, D., and David, L. 2019. Experimental-Based Methodology to Improve the Design of Vertical Slot Fishways, Journal of Hydraulic Engineering 145. 2019, doi:10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0001621

Ballu, A., Calluaud, D., Pineau, G., and David, L., 2017. Experimental study of the influence of macro-roughnesses on Vertical Slot Fishway flow,La Houille Blanche, n° 2, p. 9-14., doi:10.1051/lhb/2017011

Cette activité porte sur l’étude des écoulements instationnaires autour de profils ou autres solides flexibles, abordée sous formes fondamentales et appliquées. L’étude des interactions entre solides et fluides permet de comprendre l’optimisation du mouvement comme sur les ailes battantes ou la propulsion pour les nageurs ou encore l’utilisation de la déformation des matériaux pour améliorer la propulsion, augmenter la récupération d’énergie ou l’absorption des ondes et courants.

• Interaction fluide-structure autour de profil portant (L. Chatellier, L. Thomas, L. David, B. Tremblais)

doctorants: H. Bonnard (2019-), G. Acher (2015-2019)

post-docs: F. Salmon (2020-2022), H. Laeuffer(2018-2020)

Dans le projet HOMER (Horizon 2020) et pour les dispositifs de récupération d’énergie, on étudie des profils déformables dans des écoulements turbulents pour ensuite les soumettre à des forçages cycliques de différentes formes. Ces couplages entre la déformation du profil et les mouvements permettent de maintenir une forte portance tout en réduisant la traînée de plus de 20%. Un protocole de simulation numérique des interactions fluide-structure a été mis en place dans les post-docs de H. Laeuffer et F. Salmon. Ce projet fait également l’objet d’une collaboration avec les équipes de Pprime spécialisées dans les matériaux innovants (ENDO) et la photomécanique (PEM), afin de qualifier et prédire le comportement des matériaux destinés à être soumis aux interactions fluide-structure. Dans l’ANR Dyneol, la déformation des pales lors de la rotation est aussi étudiée expérimentalement et confrontée à un code de calcul Yales développé par le CORIA et le LEGI prenant en compte ces phénomènes.

Références:

Acher G., Braud P., Chatellier L., Thomas L., David L., 2021,. Fluid structure interactions of a pitching wing at high angle of attack. 14^th International Symposium on Particle Image Velocimetry-ISPIV21, Chicago, US, August 1-4.

• Amortissement par des structures flexibles (G. Pineau, D. Chatellier, D. Calluaud, L. David)

doctorants: T. Larrieu (2018-2022)

La flexibilité des structures est utilisée dans les problèmes d’éco-hydraulique et de transport fluvial pour atténuer l’énergie cinétique dans les canaux ou les passes à poisson et pour réduire l’impact des ondes de batillage sur les berges. Dans le cadre de la thèse de T. Larrieu (2021), ce travail a consisté à étudier d’un point de vue analytique, expérimental et numérique la capacité d’atténuation de réseaux de cylindres flexibles. Ce travail se poursuit aujourd'hui par une nouvelle thèse qui débutera en 2024.

Références:

• Etude de plancher filtrant (M. Ba, L. David)

doctorants: C. Vitteau (2020-2023)

ingénieure: C. Blet (2020-2022)

Références:

• Vol en sustentation (L. David, T. Jardin)

doctorants: F. Bouard (2022-), D. Diaz (2017-2020)

Dans le cadre de la thèse de D. Diaz (2020), un problème d’optimisation à plusieurs paramètres (vitesse, accélération, amplitude, angle de rotation et de révolution) a été étudié d’un point de vue numérique avec des simulations DNS pour optimiser les lois de mouvement pour augmenter la sustentation dans le cadre de vol stationnaire. L’ajout de la déformation du profil augmente les degrés de liberté qui permettent de modifier les lois de mouvement. Une confrontation calcul expérience est nécessaire pour conforter les résultats. Ce travail est réalisé dans le cadre d’une collaboration avec l’ISAE-Supaéro et d’un projet européen H2020 Homer. Ce travail se poursuit dans la cadre d'une nouvelle thèse de F. Bouard (2022-), cofinancée par l'EUR Intree. L'objectif est la poursuite de ce travail d'optimisation de la performance en actionnant dynamiquement la déformation de l'aile au cours du mouvement.

Références:

• Actions sur un bras de nageur (M. Samson, T. Monet, L. David, A. Bernard)

doctorants: , R. Guignabel (2022-), M. Samson (2013-2016)

Avec l’équipe ROBIOSS de Pprime, une action a été entreprise sur la natation dans le cadre de la thèse de M. Samson (2016). Des mesures sur différents nageurs de niveau national ont permis d’extraire la cinématique du mouvement des bras lors de la nage du crawl et d’identifier les mouvements les plus efficaces en terme de propulsion. Des mesures de force et de vitesse par PIV ont été réalisées dans le bassin des carènes pour valider des simulations URANS faites pour le cycle complet de mouvement de l’avant-bras du nageur. Cette action se poursuit au travers d’une ACI Pprime (2019-2020) sur des mesures autour d’un bras motorisé de nageur et d’une action sur la performance des nageurs dans le cadre d’un PIA « Sport de très haute performance » appelée D-Day (2020-2024) pour la préparation des JO de Paris 2024. Dans le cadre de la thèse de R. Guignabel, des mesures de vitesses et de forces sont menées autour d'un bas robotisé pour être confrontées à des simulations numériques afin d'évaluer l'influence des paramètres de vitesse, d'accélération et d'orientation des segments.

Références:

• Hydrolienne Darrieus (L. Chatellier, N. Razaaly, L. Thomas)

doctorants: M. Bicackli (2022-), M.-L. Kara-Mostefa (2017-), J.M.R. Gorle (2011-2015)

collaborations: CORIA, LEGI, LMFL

Les activités scientifiques de l’équipe HydEE sur le thème de la récupération d’énergie se sont articulées autour d’un prototype d’hydroliennes à axe transverse de type Darrieus en H privée de mât central. Le travail de Thèse de J.M.R Gorle (2015) sur ce rotor a permis l’identification de régimes de fonctionnement pour lesquels l’écoulement autour des pales n’est régi que par la cinématique de la turbine. Ainsi, la dynamique propre aux interactions entre les pales et les tourbillons émis par décrochage dynamique a pu être identifiée.

Sur la base d’analyses théoriques basées sur la conservation de la circulation, un concept de turbine à pales mobiles a été conçu à partir du prototype existant et testé tout d’abord numériquement, puis expérimentalement. Le choix de lois de commande de pales permettant de respecter la conservation de la circulation au cours de demi-cycles de fonctionnement a permis d’optimiser le rendement de la turbine tout en minimisant les émissions tourbillonnaires dans son sillage.

Champs de vorticité générés par une turbine Darrieus en H à pales fixes (en haut) et mobiles avec conservation de la circulation (en bas)

Un second prototype muni de pales à bouts libres est étudié dans le cadre de l’ANR Dyneol avec l’objectif de caractériser la réponse d’une hydrolienne dont les pales déformables sont soumise à des cycles d’interactions fluide-structure (Thèse de M.-L. Kara-Mostefa).

• Récupérateur d’énergie oscillant (L. Chatellier, F. Pons, M. Ba)

doctorants: S. Costa (2015-2019), K. Ahmed (2022-)

En prolongement de l’étude sur l’optimisation des performances d’une turbine à l’aide de lois cinématiques, un concept de récupérateur d’énergie oscillant a été élaboré au cours de la thèse de S. Costa (2019). Le phénomène de flottement aéro/hydro-dynamique y est mis à profit afin de générer les oscillations auto-entretenues d’un profil bi-articulé. Une méthodologie analytique couplée à des simulations numériques a permis de caractériser les régimes d’oscillations propices à l’extraction d’énergie. Un démonstrateur expérimental est en cours de réalisation pour le projet H2020 HOMER.

Références :
Thèses
Kara-Mostefa, M.-L., Etude de pales d’hydroliennes soumise à des interactions Fluide-Structure, Thèse de l’Université de Poitiers (1998-2021).
Costa, S., Développement d’un récupérateur d’énergie oscillant, Thèse de l’Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et d'Aérotechnique soutenue le 17 Juillet 2019.
Gorle, J. M. R., Development of Circulation Controlled Blade Pitching Laws for Low-Velocity Darrieus Turbine. Thèse de l’Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et d'Aérotechnique soutenue le 18 Novembre 2015.

Articles
Gorle, J. M. R., Chatellier, L., Pons, F., & Ba, M., Modulated circulation control around the blades of a vertical axis hydrokinetic turbine for flow control and improved performance, Renewable & Sustainable Energy Reviews 105:363:377, 2019.
Gorle, J. M. R., Chatellier, L., Pons, F., & Ba, M.,Operation of Darrieus Turbines in Constant Circulation Framework, Physics of Fluids (29:7), Physics of Fluids, 2017.
Gorle, J. M. R., Chatellier, L. Pons, F. & Ba, M., Flow and performance analysis of H-Darrieus hydroturbine in a confined flow: A computational and experimental study. Journal of Fluids and Structures, 66:382-402, 2016.

Conférences
Kara-Mostefa, M.-L., Chatellier, L., Thomas, L., Étude de pales d’hydroliennes soumises à des interactions Fluide-Structure, 17èmes Journées De L'hydrodynamique, Cherbourg - 24-26 novembre, 2020.
Chatellier, L., Gorle, J. M. R., Pons, F., & Ba, M., Experimental Investigations of a Controlled-Circulation Darrieus Turbine, 19th International Symposium on Applications of Laser and Imaging Techniques to Fluid Mechanics, Lisbon, Portugal, 16th-19th July, 2018.
Chatellier, L., Gorle, J. M. ., Pons, F., & Ba, M., Towing Tank Testing of a Controlled-Circulation Darrieus Turbine, RENEW2018 - 3rd International Conference on Renewable Energies Offshore, 8 - 10 October, Lisbon, Portugal, 2018.
Chatellier, L., Gorle, J.M.R., Pons, F., Ba, M., Essais en bassin d'une turbine Darrieus à circulation contrôlée, 16èmes Journées De L'hydrodynamique, Marseille - 27-29 novembre, 2018.
Costa, S., Chatellier, L., Pons, F., & Ba, M., Développement d'un récupérateur d'énergie hydro-élastique, 16èmes Journées De L'hydrodynamique, Marseille - 27-29 novembre, 2018.
Costa, S., Chatellier, L., Pons, F., & Ba, M. 2018,Parametric Design of a Hydro-Elastic Energy Harvester, RENEW2018 - 3rd International Conference on Renewable Energies Offshore, 8 - 10 October, Lisbon, Portugal, 2018.

• Caractérisation rhéologique des sédiments cohésifs (S. Jarny, G. Gomit)

doctorants: P. Lecostey (2019-2023), Z. Tarhini (2013-2016)

La rhéologie des sédiments cohésifs est influencée par de nombreux paramètres. En effet, les liaisons interparticulaires varient avec les conditions électro-chimico-physiques du matériau : la salinité, la composition minéralogique, la quantité et la nature de la matière organique, le pH, la composition granulométrique... L’étude rhéologique de ces sédiments est donc d’autant plus complexe que dans un écosystème variant dynamiquement (fleuve, estuaire) la rhéologie des sédiments change continuellement. Cette caractérisation est essentielle afin de paramétrer les modélisations hydrodynamiques et morphodynamiques.

Cette partie repose sur la plateforme "SPI : mesures des propriétés rhéologiques des matériaux" dans laquelle sont intégrés des outils de caractérisation rhéologique et granulométrique. Cette activité s’appuie notamment sur un projet ANR Franco-québécois EMPHASE qui vise à mieux caractériser l’érosion des berges par la navigation et pour lequel une caractérisation des sédiments (granulométrie, rhéologie ...) de la Garonne tidale est réalisée.

• Re-suspension de sédiments (L. Thomas, R. Ouchène)

doctorants: E. De Souza (2023-)

La libre circulation des sédiments est un enjeu essentiel qui permet de favoriser la vie de nombreuses espèces aquatiques. Ces sédiments sont charriés par les cours d'eau et remis en suspension puis transportés par l'écoulement. Nous nous intéressons, en particulier, aux mécanismes de remise en suspension de ses sédiments en prenant en compte la forme non sphérique de ces sédiments. L'approche adoptée pour comprendre ces mécanismes de re-suspension est mixte (numérique et expérimentale) à l'échelle du sédiment.

On se propose d'étudier, dans le cadre de cette thèse, le jeu de forces hydrodynamiques (traînée et portance) agissant sur ces sédiments non sphériques par simulation numérique et d'en déduire des lois en fonction des sollicitations hydrodynamiques locales et de l’environnement immédiat de la particule. Ces lois seront validées expérimentalement sur des particules disposées dans un canal de laboratoire, disponible à l’institut. La configuration de départ sera une particule isolée posée sur un fond plat. L’influence de la forme de la particule sur les efforts subis sera étudiée, ainsi que l’influence des caractéristiques de l’écoulement. L’environnement sera ensuite complexifié en rajoutant des particules fixes par exemple ou des sollicitations fluides soudaines.

Le transport sédimentaire dans l'écoulement se fera par une approche mixte Eulérienne/Lagrangienne. L'écoulement sera simulé par une approche Eulérienne alors que les sédiments seront suivis par une approche lagrangienne sous l'hypothèse de particules points.

• Erosion de sédiments cohésifs modèles (G. Gomit, S. Jarny, L. Thomas)

doctorants: P. Lecostey (2019-2023), Z. Tarhini (2013-2016)

Dans le cadre de la thèse Z. Tarhini, des sédiments modèles transparents ont réalisé en se basant sur les propriétés rhéologiques des sédiments naturels. Pour cela, différents mélanges, à base de Laponite et de carboxy-méthyl-cellulose, ont été testés en faisant varier la concentration et le mode de fabrication. Ces travaux ont permis de modéliser certaines propriétés rhéologiques de ces matériaux pour différentes concentrations de suspension, notamment la contrainte seuil. L’étude en érosion de ces sédiments modèles couplée avec des mesures locales (PIV) a permis de comparer les contraintes à l’interface à celles obtenues dans le sédiment via la loi rhéologique.

Ces travaux se sont poursuivis au travers de la thèse de Pierre Lecostey (2019-2022) afin de conduire à une analyse locale visant à relier les propriétés rhéologiques du sédiment aux contraintes hydrodynamiques dans le processus d’érosion.

• Déstabilisation de lits sédimentaires (D. Calluaud, G. Pineau, L. Thomas, G. Gomit, R. Ouchène)

doctorants: Y. Devaux (2015-2018)

L'interaction entre un lit de particules et un écoulement cisaillé présente un intérêt tant dans le domaine industriel que dans le domaine environnemental. Dans ce dernier, cette interaction domine le transport de particules sédimentaires dans les rivières ou en milieux côtiers et estuariens. Ce transport donne souvent lieu à la formation de structures sédimentaires comme les rides et les dunes qui jouent un rôle déterminant dans le mouvement des sédiments. Une des questions au cœur de ces écoulements est liée aux mécanismes d'interaction entre les particules et l'écoulement. Ce couplage est engendré au niveau de l’écoulement moyen, de la forme et la composition de la dune mais aussi au niveau de la macro turbulence et des structures tourbillonnaires instationnaires générées par la présence même des formes morphologiques ou de phénomènes intenses comme peuvent l’être le passage d’une onde de type mascaret, des ondes de batillage ou une variation rapide de débit rapide due à une crue. L'objectif de la thèse de Yann Devaux était d'étudier expérimentalement la réceptivité d’un lit sédimentaire, initialement plat, à des perturbations hydrodynamiques.

Le lit sédimentaire était placé dans le canal hydro-sédimentaire de l'Institut P', où il subissait une perturbation par le passage d'un tourbillon unique, à axe vertical ou horizontal. La déformation engendrée initialisait alors le mouvement de certaines particules, et générait dunes et rides. Différentes conditions de turbulence de l'écoulement de base ont été étudiées, ainsi que diverses caractéristiques du tourbillon (éloignement du lit sédimentaire, sens de rotation…). Des méthodes optiques comme la PIV (Particle Image Velocimetry) ou la PTV (Particle Tracking Velocimetry) ont permis d'étudier conjointement la structure de l'écoulement et la mise en transport des sédiments. Une approche numérique CFD-DEM basée sur le logiciel OpenFOAM est venue compléter cette étude.

Références:

Y. Devaux, L. Thomas, D. Calluaud, and G. Pineau. Isolated columnar vortex generation: influence of momentum impulsion characteristics and wall roughness. Fluid Dynamics Research, 52(2) :025511, may 2020. doi:10.1088/1873-7005/ab7ebf

Y. Devaux, L. Thomas, D. Calluaud, and G. Pineau. Sediment bed destabilization by an isolated vortex: an experimental approach. In press, Journal of Hydrodynamics, 2021.

Tarhini Z., (2016). Étude couplée rhéométrie-hydrodynamique et application à l'érodabilité locale d'un sédiment cohésif modèle. Thèse de l’université de Poitiers

Le groupe s'appuie sur la plateforme Hydrodynamique Environnementale (pHE), localisée dans le bâtiment H2 sur le site du Futuroscope et composée d’un nombre important de bancs d’essais, comprenant, entre autres, des installations spécifiques, à savoir, un tunnel hydrodynamique, deux grands canaux hydrodynamiques atteignant des gammes de débits importants et un bassin de traction dont les spécificités sont uniques en France. Les activités de recherche développées dans l’équipe utilisent des compétences fortes en métrologie optique, assurées par le développement et la mise en œuvre de techniques planes et volumiques innovantes (PIV, TR-PIV, Stéréo et TomoPIV, PLIF, mesures de surfaces, mesures couplées, rhéométrie optique) disponibles via la plateforme métrologique CEMOP. De la même façon, l'équipe peut compter sur des outils de post-traitement avancés des données (filtres de Kalman, assimilation, pression et forces, FTLE, ...). Enfin, la plateforme de Système et Produits Industriels/ Propriétés Rhéologiques des Matériaux (SPI) est également un outil opérationnel pour HydEE. Cette plateforme a pour objet la caractérisation rhéologique de suspensions, d’émulsions ou de solutions. Les rhéomètres, viscosimètres, conductimètres et cellules de Couette sous pression permettent d’accéder à de nombreuses propriétés rhéologiques comme la viscosité de fluides newtoniens en fonction de la température et de la pression, ou bien la détermination de propriétés non newtoniennes des matériaux comme la rhéofluidication, la viscoplasticité ou la thixotropie.

• phE (plateforme hydraulique Environnementale)
• CEMOP (métrologie)
• SPI (Systèmes et Produits Industriels)

• Mesures de vitesse (L. Thomas, L. David, G. Gomit, L. Chatellier, B. Tremblais, B. Lecordier)
  

doctorants: G. Acher (2015-2019), R. Ben-Salah (2011-2015)

post-docs: Q. Gomez (2022-2023), B. Mercier (2022-2024)

De nombreuses techniques de mesure ont été développées dans l'équipe pour mesurer des vitesses, que ce soit deux composantes de la vitesse dans un plan (PIV), les trois composantes de la vitesse dans un plan (stéréoPIV) ou dans un volume (tomoPIV) ou bien des mesures résolues en temps qui permettent de rendre plus robustes les mesures en exploitant les trajectoires des particules (FTEE, LPT). Les techniques 3D permettent de mieux comprendre la structuration des écoulements en donnant accès notamment au tenseur des gradients de vitesse. De plus, l'obtention des trajectoires fluides permet de faire directement des analyses Lagrangiennes des écoulements.

Références:

Acher, Gwenaël & Thomas, Lionel & Tremblais, Benoit & Gomit, Guillaume & Chatellier, Ludovic & David, Laurent. (2019). Simultaneous measurements of flow velocity  using Tomo-PIV and deformation of a flexible wing.

Jeon, Y.J., Chatellier, L. & David, L. Fluid trajectory evaluation based on an ensemble-averaged cross-correlation in time-resolved PIV. Exp Fluids 55, 1766 (2014). 10.1007/s00348-014-1766-9

R. Ben Salah, O. Alata, B. Tremblais, L. Thomas, and L. David. Tomographic Reconstruction of 3d Objects Using Marked Point Process Framework. Journal of Mathematical Imaging and Vision, 60(7) :1132–1149, mar 2018.

F Martins, J.M. Foucaut, L. Thomas, L. Azevedo, and M. Stanislas. Volume reconstruction optimization for tomo-PIV algorithms applied to experimental data. Measurement Science and Technology, 26(8) :085202, August 2015.

T. A. Earl, S. Cochard, L. Thomas, B. Tremblais, and L. David. Implementation of vibration correction schemes to the evaluation of a turbulent flow in an open channel by tomographic particle image velocimetry. Measurement Science and Technology, 26(1) :015303, 2015.

L. Thomas, B. Tremblais, and L. David. Optimization of the volume reconstruction for classical tomo-piv algorithms (mart, bimart and smart) : synthetic and experimental studies. Measurement Science and Technology, 25(3) :035303, 2014.

G. Acher, L. Thomas, B. Tremblais, G. Gomit, L. Chatellier, and L. David. Simultaneous measurements of flow velocity using tomo-piv and deformation of a flexible wing. In Christian J. Kähler, Rainer Hain, Sven Scharnowski, and Thomas Fuchs, editors, Proceedings of the 13th International Symposium on Particle Image Velocimetry, Munich, 2019.

G. Acher, L. Thomas, B. Tremblais, and L. David. A new camera model combining a pinhole model and a discrete correction to overcome refractive index variation challenges. In 19th International Symposium on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics, Lisbon, Portugal, 15-18 july 2018.

• Mesures de surface (G. Gomit, L. Chatellier, L. David, D. Calluaud, L. Thomas)
  

doctorants: N. Prouteau (2020-), C. Caplier (2012-2015)

Différentes méthodes de mesure de surface libre par moyens optiques ont été développées. Ces méthodes s'appuient sur de la stéréo-corrélation, sur de la projection de motifs (franges), sur de la stéréo-réfraction ou encore de la tomoLPT. Elles permettent d'obtenir une mesure tridimensionnelle précise de façon non-intrusive sur un champ étendu et avec une résolution élevée. Ces méthodes ont notamment été appliquées à la mesure d'ondes de batillage, à la surface d'un mascaret, à la reconstruction tridimensionnelle d'un lit sédimentaire ou encore à la mesure de l'impact d'une goutte sur la surface libre et au déplacement d'un Gerris dans le cadre d'une collaboration avec l'IRBI. Une application de la méthode des franges porte sur la mesure de la déformation de la surface libre d'un fluide entraîné par un rouleau en rotation (thèse de N. Prouteau).

Références:

• OpenFoam (L. Chatellier)

doctorants: H. Bonnard (2019-), S. Raynal (2009-2013), F. Lemkecher (2016-2021)

post-doctorants: F. Salmon (2019-2020)

collaborations: OFB, Statkraft, INBO, SINTEF, DLR, TU Delft

La bibliothèque d’outils de simulation multiphysique OpenFOAM est utilisée pour des applications d’éco-hydraulique en mono- et diphasique ainsi que dans le cadre de développements méthodologiques pour l’assimilation de données et les interactions fluide-structure.

• Interactions fluide-structures (L. Chatellier)

La simulation numérique d'interactions fluide-structures est intégrée à plusieurs thématiques de recherche : flottement aéro- ou hydrodynamique, récupération d'énergie ou protection des berges. Les développements effectués ont notamment permis de générer automatiquement des maillages dont les interfaces communes permettent aux solveurs solide (Calculix) et fluide (OpenFOAM) de communiquer efficacement (pyMeshFoam: https://github.com/ElsevierSoftwareX/SOFTX-D-21-00220). Des adaptations spécifiques ont été implémentées dans OpenFOAM  afin de simuler les IFS à l'aide de méthodes chimères (overset) pour des configurations présentant de grands déplacements (dynamicOversetZoneFvMesh: https://github.com/AhmedAHamada/dynamicOversetZoneFvMesh

Références:

Salmon F., Chatellier L., pyMeshFOAM: Automated meshing for CFD and fluid–structure simulations, SoftwareX 23:101431, 2023 https://doi.org/10.1016/j.softx.2023.101431

Salmon F., Chatellier L., 3D fluid–structure interaction simulation of an hydrofoil at low Reynolds number, J. Fluids Struct. 111:103573, 2022 https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2022.103573
Ahmed K., Hamada A., Chatellier L., Fürth M., A Modified Overset Method In OpenFOAM® For Simultaneous Motion And Deformation: A Case Study Of A Flexible Flapping Foil, The OpenFOAM Journal, 2024.

• StarCCM+ (D. Calluaud, G. Pineau, M. Ba)

doctorants: AF. Lejeune (2020-), T. Larrieu (2018-), C. Vitteau (2020-)

Le logiciel STARCCM+ est utilisé pour simuler des écoulements complexes avec surface libre et/ou interactions fluide/structures.

• Vibrations au passage d’un coude (L. Chatellier, L. David)

doctorants: A. Baramili (2014-2017)

Dans le cadre de la thèse CIFRE d’A. Baramili (2017) sur l’établissement d’interactions structures fluides en conduite coudée, un travail expérimental a permis la caractérisation de phénomènes fluides instationnaires liés à l’apparition de vibrations structurelles dans la conduite. Dans ce cadre, nous avons proposé une méthode originale de couplage unidirectionnel basée sur une modélisation réduite de l’écoulement et une estimation stochastique de la pression. Cette approche a permis de restituer numériquement une partie des vibrations.

Références:

A. Baramili, L. Chatellier, L. David and L. Ancian, 2018: Prediction of elbow flow dynamics using correlated wall pressure data. ASME 2018 Pressure Vessels and Piping Conference– 15-20 juillet, Prague, Czech Republic. Paper No. PVP2018-84712, pp. V004T04A013; 10 pages