Typologie d'emplois : Thèses

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].

Ondes de gravité internes en milieux périodiquement stratifiés

Durant le doctorat, nous identifierons les caractéristiques des stratifications périodiques qui peuvent conduire à la formation de bandes interdites. Nous développerons une nouvelle approche pour étudier les états de bords formés par les ondes internes en utilisant des méthodologies existantes dans les systèmes photoniques multicouches ou les isolants topologiques. Dans un deuxième temps, nous explorerons d’autres phénomènes ondulatoires tels que la localisation d’Anderson dans les stratifications désordonnées ou des phénomènes de rétroaction dans les régimes non-linéaires.Ce projet de recherche propose de développer une nouvelle approche pour étudier l’interaction entre les ondes internes et des milieux complexes en s’inspirant de méthodes issues de la matière condensée. En tissant des analogies avec des systèmes de photoniques multicouches et d’isolants topologiques, nous identifierons les mécanismes physiques qui gouvernent la propagation d’onde dans des environnements géophysiques complexes, et analyserons la formation d’états de bords et de phénomènes de localisation d’onde dans les fluides stratifiés. Les profils de stratification seront préparés en laboratoire à l’aide de la méthode dite de “double-buckets” et les profils non-uniformes seront récrés en faisant varier le taux de mélange entre eau salée et eau douce à l’aide d’un système de pompes contrôlées par ordinateur. L’interaction entre la convection double-diffusive et la formation de bandes interdites d’ondes internes sera analysée en contrôlant le profil de température de la colonne d’eau dans un deuxième temps. Les mesures de champs de vitesse d’écoulement seront réalisées avec une technique de vélocimétrie par image de particules (PIV), accompagnées de méthodes de filtrage et d’analyses spectrales pour déterminer la dynamique des ondes internes. En parallèle, des simulations combinées avec des données de profils de stratification expérimentales permettront de déterminer les champs de vitesse en régime linéaire. Les expériences prendront placent à l’Institut Pprime en collaboration proche avec Michel Fruchart à ESPCI (Paris) où les approches théoriques sont actuellement développées.

Une nouvelle approche par méthode inverse pour l’identification 3D : une extension à la biomécanique cellulaire

Cette thèse vise à développer une nouvelle méthode d’identification basée sur une méthode inverse, qui permettra d’étudier le processus de formation des invadopodes et de quantifier les champs mécaniques nécessaires à leur invasion dans la MEC. La méthode inverse, utilisant la modélisation par éléments finis, devra être mise en œuvre pour des cas volumiques afin de déterminer, à partir des champs de déplacement de la cellule et de l’ECM, les forces agissant à l’interface cellule-ECM pendant la formation des invadopodes. En plus de l’aspect dimensionnel, l’extension de la méthode prendra en compte le comportement anisotrope hétérogène de la cellule. Ce travail permettra de calculer les forces internes à l’interface cellule-matrice à partir de mesures de champs de déplacement (microscopie confocale et DVC) dans la gélatine, dont le comportement linéaire est connu. Les champs de déplacement de la cellule seront également mesurés, et nous connaîtrons alors les déplacements et les contraintes à l’interface cellule-matrice.

Cet ensemble de travaux représente des développements fondamentaux de la méthode inverse de régularisation évanescente, avec, d’un point de vue numérique, l’extension de la méthode à l’identification des conditions d’interface à partir des champs cinématiques et l’enregistrement des paramètres matériels d’une structure hétérogène avec une simulation par éléments finis, ainsi que le développement de la procédure d’identification dans des situations 3D. D’un point de vue expérimental, la méthode sera appliquée aux données volumiques issues de la DVC à l’échelle cellulaire. D’un point de vue théorique, les outils actuels pourront être généralisés à des comportements non linéaires tels que celui de la cellule. A partir des conditions aux limites sur une partie de la membrane plasmique de la cellule, une procédure inverse de résolution des problèmes de type Cauchy permettrait de calculer les conditions aux limites en termes de déplacements et de forces sur l’ensemble de l’enveloppe cellulaire. Ce dernier travail ferait partie intégrante d’un développement théorique majeur pour la méthode de régularisation évanescente, qui, à l’heure actuelle, a toujours été appliquée à des matériaux présentant un comportement linéaire.

 

Étude expérimentale et numérique des étanchéités dynamiques haute vitesse : application à la mobilité électrique

L’essor des véhicules électriques (VE) dépend fortement de l’efficacité des systèmes de propulsion (moteur électrique et système de transmission par réducteur mécanique). Pour les constructeurs, cela
se traduit notamment par un besoin de compacité du moteur électrique tout en garantissant la génération de puissance nécessaire, ce qui est possible en augmentant les vitesses de rotation. Ces vitesses sont actuellement de l’ordre de 15 000 tr/min et devraient doubler dans un avenir proche. Cette évolution technique pose des exigences strictes en matière de conception et de fabrication des
motorisations, notamment en ce qui concerne les systèmes d’étanchéité dynamiques. L’objectif de la thèse est donc de progresser dans la maîtrise des technologies d’étanchéités
dynamiques des moteurs électriques et des boîtes de vitesses dans les nouveaux systèmes de propulsion des VE. Les principaux enjeux sont d’assurer une étanchéité efficace à des vitesses élevées,
tout en minimisant les pertes par frottement et l’usure, garantissant ainsi la fiabilité des systèmes de propulsions et donc du VE. Un second aspect à prendre en considération est l’impact des fuites de
courant accidentelles aux interfaces des systèmes d’étanchéité qui peuvent altérer les propriétés d’étanchéité et de lubrification et entraîner une usure prématurée.

La première phase de la thèse sera consacrée à une étude bibliographique détaillée sur les étanchéités dynamiques dans le contexte de l’e-mobilité : problématiques, objectifs, verrous scientifiques et
technologiques….

La seconde phase concernera l’étude de technologies d’étanchéités dynamiques existantes à la fois sur le volet expérimental sur un banc d’essais du laboratoire, mais aussi sur le volet numérique via les
compétences et ressources existantes au sein de l’équipe. La partie expérimentale consistera entre autres à l’adaptation du banc d’essais, à la réalisation et au post-traitement des essais. Sur le volet numérique, l’objectif est de modéliser les étanchéités analysées expérimentalement afin d’améliorer le modèle numérique pour y prendre en compte le caractère multi-échelle notamment.

La troisième phase de la thèse consistera à proposer des améliorations sur des technologies d’étanchéités dynamiques existantes ou proposer de nouvelles technologies basées sur les
découvertes réalisées grâce à la phase précédente. Cela se fera via l’utilisation du modèle numérique amélioré et la réalisation d’essais supplémentaires sur le banc adapté.