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This thesis deals with tsunami modeling, from the large propagation scales to impacts on coastal structures. An inventory of the associated physical phenomena is given and some adequate models are presented. A numerical study is carried out with the Saint-Venant model with the development of an automatic refinement adaptive mesh method. The resolution efficiency and simplicity is justified. To increase the accuracy forecasts, an original system which approximates the Serre-Green-Naghdi model is investigated. A breaking wave method associated with this model is proposed. This dissipative model allows thinking about accurate dispersive non linear tsunamis simulations up to the coast. Several wave impacts on structures are investigated with a general two-phase model allowing separate phases as well as aerated impact studies. The all Mach regime numerical difficulties are investigated. A new all Mach scheme with limited total variation bound is proposed. Thanks to this approach, incompressible and compressible impacts are investigated with the same model. Aerated impacts are shown to give smaller impact pressure but on longer time than pure fluid impacts. In spite that the all Mach scheme proposed reduces the numerical oscillations of classical literature preconditioning, some unphysical oscillations are highlighted on some test cases. At the end, a coupling method is proposed in order to accurately model the propagation and the impact of a tsunami with appropriated models for each phases.; Cette thèse traite de la modélisation des tsunamis, des grandes échelles de propagation aux impacts sur des structures côtières. Un inventaire des phénomènes physiques associés est établi et des modèles adéquats sont présentés. Une étude numérique avec le modèle de Saint-Venant est effectuée avec le développement d’une méthode de raffinement de maillage à seuil automatique. La simplicité et les performances de l’approche sont démontrées. Pour améliorer la précision des prévisions, un système original approchant le modèle Serre-Green-Nahgdi est investigué. Une méthode pour prendre en compte la dissipation d’énergie au déferlement est proposée. Ce modèle permet d’envisager la modélisation fine de la propagation et de l’arrivée à la côte des tsunamis dispersifs et non linéaires en des temps de calcul acceptables. Les différents types d’impact sur des structures sont modélisés grâce à un modèle diphasique compressible permettant de considérer les écoulements à phases séparées et les milieux aérés. Pour envisager une résolution à tous les régimes, des schémas Tous Mach sont investigués. Un schéma Tous Mach à variation totale limitée est proposé. Grâce à cette approche, des impacts incompressibles et compressibles sont investigués avec le même modèle. Les impacts d’écoulements aérés induisent des pressions moins élevées mais sur des temps plus longs que leurs homologues en phases pures. Bien que le schéma Tous Mach proposé soit moins sujet aux oscillations numériques que les préconditionnements classiques de la littérature, des oscillations non physiques à bas nombre de Mach sont mises en évidence sur certains cas tests. Pour finir, une méthode de couplage entre modèles de propagation et d’impact est proposée, afin de pouvoir simuler un tsunami finement avec des modèles appropriés à chacune de ces phases.

Several astronomical phenomena emit low-frequency radio waves such as solar flares, magnetospheres, pulsars ... Some of these emissions are poorly captured by ground-based observatories mainly because of the Earth’s ionospheric cutoff frequency. It becomes necessary to send radio receivers in space to acquire them. However, these receivers are faced with strong restrictions on storage capacity, energy consumption and transmission rate.To overcome these challenges, sampling architectures should be reviewed and improved. A recent paradigm for signal acquisition and reconstruction, known as compressive sampling hat require a limited number of measurements and leads to the development of a new type of converter : the Analog to Information Converter (AIC). Unlike standard Analog to Digital converters (ADC), AIC can sample at a lower rate than that prescribed by Nyquist Shannon, exploiting the sparsity of signals.The main goal of this thesis is to study the application of compressed sampling for the acquisition of spatial astrophysical signals in the frequency band [1 kHz to 50 MHz]. We focus on signals emitted by the two brightest radio sources in the sky as seen from the Earth, namely the Sun and Jupiter. Based on the characteristic properties of our signals of interest, we progressively and methodologically constructed our acquisition scheme : From the study of signals compressibility, to the choice of the AIC architecture and the signal reconstruction algorithm. We also proposed a new, flexible and programmable implementation of the selected AIC which allows the acquisition of different types of signal having the same compressibility domain and with different compression factors. Using a 65-nm CMOS technology, we evaluated the gain in terms of the amount of data acquired and power consumed of this architecture compared to the traditional analog-to-digital converter.; Plusieurs phénomènes astronomiques émettent des ondes radios basses fréquences tels que les éruptions solaires, les magnétosphères, les pulsars . . . Certains de ces ondes sont mal captées par les observatoires terrestres à cause, principalement, de la coupure ionosphérique. Il devient indispensable d’envoyer des récepteurs radio dans l’espace pour les acquérir. Cependant, ces récepteurs sont consommation d’énergie et le taux de transmission. Un paradigme récent pour l’acquisition et la reconstruction des signaux, appelé l’échantillonnage comprimé (Compressive sampling, Compressed Sensing, CS) pourra être une réponse adéquate à ces problématiques en limitant, dès l’acquisition, la quantité de données numérisés : En effet, le CS a permis l’émergence d’un nouveau type de Convertisseur Analogique-Numérique (ADC) appelé Convertisseur Analogique-Information (AIC) qui permet d’échantillonner à une fréquence potentiellement inférieure à celle prescrite par Nyquist-Shannon, en exploitant le caractère parcimonieux des signaux. Nous proposons dans le cadre de cette thèse d’étudier l’application de l’échantillonnage comprimé pour l’acquisition des signaux astrophysiques spatiaux dans la bande de fréquence [1kHz à 50 MHz]. Nous nous focalisons sur des signaux émis par les deux sources radio les plus brillantes dans le ciel telles que vues de la Terre, à savoir le Soleil et Jupiter. En se basant sur les propriétés caractéristiques de nos signaux d’intérêt, nous avons construit progressivement et méthodologiquement notre schéma d’acquisition : En commençant par l’étude de compressibilité des signaux, puis l’identification de l’architecture du Convertisseur Analogique-Information (AIC) appropriée et enfin le choix de l’algorithme de reconstruction du signal. Nous avons également proposé une nouvelle implémentation flexible et programmable de l’AIC retenu, qui permet l’acquisition de différents types de signal ayant le même domaine de compressibilité avec différents facteurs de compression. En utilisant une technologie CMOS 65 nm, nous avons évalué le gain en quantité de données acquise et en consommation de puissance de cette architecture par rapport au convertisseur analogique-numérique traditionnel.

Several astronomical phenomena emit low-frequency radio waves such as solar flares, magnetospheres, pulsars ... Some of these emissions are poorly captured by ground-based observatories mainly because of the Earth’s ionospheric cutoff frequency. It becomes necessary to send radio receivers in space to acquire them. However, these receivers are faced with strong restrictions on storage capacity, energy consumption and transmission rate.To overcome these challenges, sampling architectures should be reviewed and improved. A recent paradigm for signal acquisition and reconstruction, known as compressive sampling hat require a limited number of measurements and leads to the development of a new type of converter : the Analog to Information Converter (AIC). Unlike standard Analog to Digital converters (ADC), AIC can sample at a lower rate than that prescribed by Nyquist Shannon, exploiting the sparsity of signals.The main goal of this thesis is to study the application of compressed sampling for the acquisition of spatial astrophysical signals in the frequency band [1 kHz to 50 MHz]. We focus on signals emitted by the two brightest radio sources in the sky as seen from the Earth, namely the Sun and Jupiter. Based on the characteristic properties of our signals of interest, we progressively and methodologically constructed our acquisition scheme : From the study of signals compressibility, to the choice of the AIC architecture and the signal reconstruction algorithm. We also proposed a new, flexible and programmable implementation of the selected AIC which allows the acquisition of different types of signal having the same compressibility domain and with different compression factors. Using a 65-nm CMOS technology, we evaluated the gain in terms of the amount of data acquired and power consumed of this architecture compared to the traditional analog-to-digital converter., Plusieurs phénomènes astronomiques émettent des ondes radios basses fréquences tels que les éruptions solaires, les magnétosphères, les pulsars . . . Certains de ces ondes sont mal captées par les observatoires terrestres à cause, principalement, de la coupure ionosphérique. Il devient indispensable d’envoyer des récepteurs radio dans l’espace pour les acquérir. Cependant, ces récepteurs sont consommation d’énergie et le taux de transmission. Un paradigme récent pour l’acquisition et la reconstruction des signaux, appelé l’échantillonnage comprimé (Compressive sampling, Compressed Sensing, CS) pourra être une réponse adéquate à ces problématiques en limitant, dès l’acquisition, la quantité de données numérisés : En effet, le CS a permis l’émergence d’un nouveau type de Convertisseur Analogique-Numérique (ADC) appelé Convertisseur Analogique-Information (AIC) qui permet d’échantillonner à une fréquence potentiellement inférieure à celle prescrite par Nyquist-Shannon, en exploitant le caractère parcimonieux des signaux. Nous proposons dans le cadre de cette thèse d’étudier l’application de l’échantillonnage comprimé pour l’acquisition des signaux astrophysiques spatiaux dans la bande de fréquence [1kHz à 50 MHz]. Nous nous focalisons sur des signaux émis par les deux sources radio les plus brillantes dans le ciel telles que vues de la Terre, à savoir le Soleil et Jupiter. En se basant sur les propriétés caractéristiques de nos signaux d’intérêt, nous avons construit progressivement et méthodologiquement notre schéma d’acquisition : En commençant par l’étude de compressibilité des signaux, puis l’identification de l’architecture du Convertisseur Analogique-Information (AIC) appropriée et enfin le choix de l’algorithme de reconstruction du signal. Nous avons également proposé une nouvelle implémentation flexible et programmable de l’AIC retenu, qui permet l’acquisition de différents types de signal ayant le même domaine de compressibilité avec différents facteurs de compression. En utilisant une technologie CMOS 65 nm, nous avons évalué le gain en quantité de données acquise et en consommation de puissance de cette architecture par rapport au convertisseur analogique-numérique traditionnel.

National audience; Monitoring cake behavior for filterability and compressibility is a useful way to follow a solid precipitation process and anticipate solid/liquid issues in the separation stage. In many cases, experimental results have to be obtained in a few minutes with very small samples (just a few grams) of the suspension. Clearly, a need existed for a Filtration Performance Test (FPT) at a very compact scale. Such a tool could find applications in investigating toxic hazardous products such as radioactive materials or pharmaceutical compounds. Filterability and compressibility values can also be very helpful in choosing the best separator device when moving from pilot to industrial scale. The FPT presented here can meet a wide range of these needs. It will be shown that the technology enables cake specific resistance measurement in accordance with a modified Darcy's law at a constant pressure drop. A statistical approach on 1, 1.8 and 3 cm inner diameter test cells showed that wall effects can be ignored with even the smallest test cell. A high level of confidence is ensured for the filterability data obtained. Hydrodynamic modeling of tank, pipe and test cell situations with Openfoam CFD software led to an optimized design for the filtration tests. Settling zones are avoided and homogeneous cake construction is guaranteed inside the cell. Moreover, a user friendly tactile graphic display for the FPT enables online control of the suspension behavior, which helps ensure the ideal conditions of the industrial solid-liquid separation step. This development, presented in WFC12, concerns the very first commercial apparatus for the Filterability Pressure Test. The model was designed by FlowerSep company after some years of research and development in the CEA. With the Filtration Performance Test, researchers have obtained suspension behavior results contributing to quality control or to the choice of the most appropriate device for the solid/liquid separation stage (centrifugation, filtration).

The inner core boundary (ICB) is unstable, and a mushy layer forms under very particular conditions in which the crystallization is very slow compared to the very vigorous convection of the liquid core. To mimic these conditions, we have investigated a mushy layer under hyper-gravity in a centrifuge. The thickness of a mushy layer decreases with gravity and the solid fraction increases. This is coherent with seismological studies suggesting that the solid fraction at the ICB is close to unity. Moreover, seismology shows that the inner core is very heterogeneous in terms of elastic anisotropy, attenuation or wave velocity and that there exists a strong East-West dichotomy on the ICB. One hypothesis is that the latter is due to a translation of the inner core that would cause crystallization on one hemisphere and melting on the other one. We have tested that hypothesis with experiments of solidification and melting of a mush. We have used ultrasounds as an analogue to the seismic waves to quantify structural changes in the mush from measurements of attenuation and scattering. From our observations, it is plausible that the ICB on the Western hemisphere s melting while it is solidifying on the Eastern hemisphere. In other experiments, using xenon gas under hyper-gravity, we have observed an adiabatic gradient for the first time. This thesis shows the feasibility of these experiments and the possibility to check experimentally the approximations used for compressible convection., L’interface noyau-graine (ICB) est instable et une zone dendritique se forme sous des conditions très particulières, c’est à dire que la cristallisation est très lente par rapport à la convection très vigoureuse du noyau liquide. Afin de reproduire expérimentalement des conditions semblables, nous avons étudié une zone dendritique sous hyper gravite, dans une centrifugeuse. La hauteur de cette zone diminue quand la gravite augmente alors que la fraction solide augmente fortement : similairement, les études sismologiques suggèrent que la fraction solide dans la graine est proche de l’unité a l’ICB. De plus, la sismologie montre une graine très hétérogène en termes d’anisotropie élastique, d’atténuation ou de vitesse des ondes et met en lumière une forte dichotomie Est-Ouest. Celle-ci pourrait être engendrée par une translation de la graine qui provoquerait de la cristallisation sur une face et de la fusion sur l’autre. Cette hypothèse est testée en conduisant des expériences de cristallisation et de fusion d’une zone dendritique. Nous avons utilisé des ultrasons comme analogues aux ondes sismiques pour quantifier les changements de structure dans la zone dendritique à partir des mesures de l’atténuation et la diffraction. Extrapoles a la graine, nos résultats montrent que l’ICB pourrait fondre sur l’hémisphère Ouest et cristalliser sur l’hémisphère Est. D’autre part, avec du gaz xénon en hyper-gravite, nous avons observé un gradient adiabatique, pour la première fois dans un dispositif expérimental. Cette thèse montre la faisabilité de ces expériences et la possibilité de vérifier expérimentalement les approximations utilisées pour la convection compressible.

The use of laterites as building materials in the tropical countries, in particular in the road embankments and restraint dikes of mining discharge is strongly increased. After their implementation in tailings sites to dyke the mining discharges to avoid diffuse pollution in the environment, these lateritic materials are submitted to complex solicitation which can influence in a very important way their hydromechanical properties. In most of the cases of breaks of dikes, hydraulic fracturing is the evoked main cause. Several authors analyzed the properties of soils under mechanic and hydric solicitation. However, these analyses do not take into account the chemical influence of the liquid percolating the matrix of ground This work analyzes the hydromechanical behavior of compacted laterites percolated by liquid effluents with different chemical nature. Demineralized water was studied as reference case. The tests included the measurement of compressibility, shear strength and saturated hydraulic conductivity when the specimens were imbibed with the different fluids. (demineralized water and wastewater effluents emanating from concentrators.) A vast experimental program of laboratory was thus led to determine the hydromechanical properties of not polluted lateritic soils and those contaminated by wastewater effluents from concentrators. The results showed that wastewater effluents emanating from concentrators affect the Atterberg limits, compressibility and shear strength parameters. Chemical characteristics and saturated hydraulic conductivity of compacted lateritic soils in the restraint dikes of the mining discharges are significantly affected. The acid liquid effluent decreases the liquidity limit; on the other hand the liquidity limit (wL) undergoes a light increase in the basic liquid effluent. Concomitantly we observed an increase of the plasticity index for the acid effluent and a decrease of plastic zone for the basic one. The saturated hydraulic conductivity varies in the same way, it grows for specimens percolated with the acid liquid effluent. For specimens compacted with the same density of the normal optimum Proctor, the compressibility is high for the saturated lateritic soil imbibed with the acid liquid effluent, the effective cohesion decreases and the effective angle of internal friction grows. The measurement of lateritic soil’s pH contaminated with the basic liquid effluent indicated a light increase in value of pH. This is also accompanied with a light increase of the cation exchange capacity of the soil. The effect of initial suction and density before imbibition was also investigated. These analyses reveal that lateritic soils are susceptible to collapse (show potential collapse) during passage of the partially saturated state to the saturated state, (on wetting path). However, structural changes caused by the initial saturation and density of specimens seem to be more important for explaining the volumetric and deviator behavior than chemical interaction. The work presents finally a modeling which leads into mathematical prediction’s models of compressibility, and saturated hydraulic conductivity of compacted lateritic soils. These mathematical models base themselves on the state and mechanical parameters. L’utilisation des latérites comme matériaux de construction dans les pays tropicaux, notamment dans les remblais routiers et les digues de retenue de rejets miniers est fortement accrue. Après leur mise en place dans les parcs à résidu pour endiguer les rejets miniers afin d’éviter la pollution diffuse dans l’environnement, ces matériaux latéritiques sont soumis à des sollicitations complexes qui peuvent influencer de manière très importante leurs propriétés hydromécaniques. Dans la plupart des cas de ruptures des digues, le claquage hydraulique est la cause principale évoquée. Plusieurs auteurs ont analysé les propriétés des sols sous sollicitations mécanique et hydrique. Toutefois, ces analyses ne tiennent pas compte de l’influence chimique du liquide percolant la matrice de sol chimisorbé. Ce travail analyse le comportement hydromécanique des latérites compactées et percolées par des effluents liquides de nature chimique différente. L'eau déminéralisée a été prise comme référence. Les tests ont inclus les mesures de la compressibilité, de la résistance au cisaillement et de la conductivité hydraulique saturée quand les éprouvettes ont été saturées avec les différents liquides (eau déminéralisée et effluents liquides émanant des concentrateurs.). Un vaste programme expérimental de laboratoire a donc été effectué pour déterminer les propriétés hydromécaniques des sols latéritiques non pollués et de ceux contaminés par les effluents des concentrateurs. Les résultats montrent que les effluents liquides émanant des concentrateurs affectent les limites d’Atterberg, les paramètres de compressibilité et de résistance au cisaillement. Les caractéristiques chimiques et la conductivité hydraulique saturée des sols latéritiques compactés dans les digues de retenue des rejets miniers sont sensiblement affectées. L’effluent liquide acide diminue la limite de liquidité, par contre la limite de liquidité (wL) subit une légère augmentation dans l’effluent liquide basique. Concomitamment nous avons observé une augmentation de l’indice de plasticité pour l’effluent acide et une diminution de l’étendue de la zone plastique pour l’effluent basique. La conductivité hydraulique saturée varie dans le même sens, elle croît pour les éprouvettes percolées par l’effluent liquide acide. Pour des éprouvettes compactées à la même densité de l’optimum Proctor normal, la compressibilité est grande pour le sol latéritique saturé par l’effluent liquide acide, la cohésion effective décroît et l'angle de frottement interne effectif croît. Les mesures de pH de sol latéritique contaminé avec l’effluent liquide basique ont indiqué une légère augmentation de valeurs de pH. Ceci est aussi accompagné d’une légère augmentation de la capacité d'échange cationique du sol. L'effet des succion et densité initiales avant l'imbibition a aussi été examiné. Ces analyses révèlent que les sols latéritiques sont susceptibles à l’effondrement lors du passage de l’état partiellement saturé à l’état saturé, (sur chemin de mouillage). Cependant, des changements structurels causés par la saturation et la densité initiales des éprouvettes semblent être plus importants pour expliquer le comportement volumétrique et déviatorique que l'interaction chimique. Le travail présente enfin une modélisation qui débouche sur des modèles mathématiques de prédiction de la compressibilité, et de la perméabilité des sols latéritiques compactés. Ces modèles mathématiques se basent sur les paramètres d’état et les paramètres mécaniques. (FSA - Sciences de l) -- UCL, 2014

Exact self-similar solutions of gas dynamics equations with nonlinear heat conduction for semi-infinite slabs of perfect gases are used for studying the stability of flows in inertial confinement fusion. Both the similarity solutions and their linear perturbations are computed with a multidomain Chebyshev pseudo-spectral method, allowing us to account for, without any other approximation, compressibility and unsteadiness. Following previous results (Clarisse et al., 2008; Lombard, 2008) representative of the early ablation of a target by a nonuniform laser flux (electronic conduction, subsonic heat front downstream of a quasi-perfect shock front), we explore here other configurations. For this early ablation phase, but for a nonuniform incident X-radiation (radiative conduction), we study a compressible and a weakly compressible flow. In both cases, we recover the behaviours obtained for compressible flows with electronic heat conduction with a maximal instability for a zero wavenumber. Besides, the spectral method is extended to compute similarity solutions taking into account the supersonic heat wave ahead of the shock front. Based on an analysis of the reduced equations singularities (infinitely stiff front), this method allows us to describe the supersonic heat wave regime proper to the initial irradiation of the target and to recover the ablative solutions which were obtained under a negligible fore-running heat wave approximation., Les solutions exactes autosemblables de l'hydrodynamique, avec conduction thermique non-linéaire, pour des gaz parfaits en milieu semi-infini, constituent une approche possible pour l'étude de la stabilité d'écoulements en fusion par confinement inertiel. Ces solutions et leurs perturbations linéaires, calculées 'a l'aide d'une méthode spectrale de Chebyshev multidomaine, permettent de rendre compte, sans autre approximation, du caractère compressible et instationnaire de ces écoulements. Suite aux résultats (Clarisse et al., 2008; Lombard, 2008) représentatifs de l'ablation précoce d'une cible par un flux laser non-uniforme (conduction électronique, front thermique subsonique précédé d'un choc quasi-parfait), nous explorons ici d'autres configurations. Pour cette même phase d'ablation, mais avec un rayonnement X incident non-uniforme (conduction radiative), nous traitons un écoulement compressible et un autre faiblement compressible. Dans les deux cas, nous retrouvons les comportements des écoulements compressibles obtenus en conduction électronique avec une instabilité maximale pour un nombre d'onde nul. D'autre part, la méthode spectrale est étendue au calcul de solutions autosemblables en tenant compte de l'onde thermique supersonique en amont du choc. Basée sur une analyse des singularités des équations réduites (front infiniment raide), cette méthode permet d'accéder au régime d'onde thermique supersonique propre à l'irradiation initiale d'une cible et de retrouver les solutions ablatives calculées antérieurement dans l'approximation de précurseur thermique négligeable.

The constant search for improved modeling complex multi-physics is now a key issue and be able to propose such an approach is a necessity in both a need for detailed analysis and performance improvement systems and studied. For example, suggest new generation missile systems force us to control both external aerodynamics and heat transfer associated while incorporating flight dynamics and possible changes in geometry associated with heat stress. Tackle such a coupled system is the primary motivation of this work. However, solving systems strongly coupled if necessary to propose a strategy in the modeling approach. The technique has been immersed boundaries retained and integrated into a compressible solver based on an automatic mesh generator structure 2nTree. Before even addressing the ablation mechanisms, work is particularly focused on the characterization of external flows around projectiles, academic initially to quickly converge SOCBT projectiles and ammunition arrows flying very high speeds. Quality results and excellent correlation with literature results have encouraged us to continue the development by coupling with a flight dynamics model of 6 ° of freedom and taking into account the heating of the projectile to take account in flight conditions (in particular the stability of the projectile). Heat flow may also cause thermal degradation and the proposed model allows taking into account phenomena ablation. Although the modeling is simplistic at first, the proposed model was able to describe fairly easy problem to moving boundary as a mechanism of ablation. Calculations have highlighted the interesting behavior of the numerical model on academic cases and fins features a round arrow. Calculation coupled fluid mechanics / heat projectile / ablation demonstrates the potential of the proposed model as well.; La recherche constante de l'amélioration des modélisations complexes multi-physiques est aujourd'hui un enjeu primordial et être capable de proposer de telles approches devient une nécessité à la fois dans un besoin d'analyse fine et d'amélioration des performances des systèmes ainsi étudiés. Par exemple, proposer des systèmes balistiques de nouvelle génération nous force à maîtriser à la fois l'aérodynamique externe et ses transferts thermiques associés tout en y intégrant la dynamique du vol et les possibles modifications de la géométrie liés aux agressions thermiques. S'attaquer à un tel système couplé constitue la motivation première de ce travail. Cependant, résoudre des systèmes si fortement couplés impose de proposer une véritable stratégie dans la modélisation retenue. La technique des frontières immergées a été retenue et intégrée à un solveur compressible s'appuyant sur un générateur de maillage automatique structure en 2nTree. Avant même de s'attaquer aux mécanismes d'ablation, le travail s'est plus particulièrement focalisé sur la caractérisation d'écoulements externes autour de projectiles, académique dans un premier temps pour très vite converger vers des projectiles SOCBT et des munitions flèches volant à très grandes vitesses. La qualité des résultats obtenus et les excellentes corrélations avec les résultats de la littérature nous ont encouragé à poursuivre le développement par un couplage avec un modèle de dynamique du vol à 6° de liberté et la prise en compte de l'échauffement du projectile pour tenir compte des conditions en vol (notamment la stabilité du projectile). Les flux thermiques peuvent également engendrer des dégradations thermiques et le modèle proposé permet la prise en compte des phénomènes d'ablation. Bien que sa modélisation soit simpliste dans un premier temps, le modèle proposé a permis de décrire de manière assez facile un problème à frontière mobile comme l'est un mécanisme d'ablation. Les calculs ont soulignés le comportement intéressant du modèle numérique sur des cas académiques et sur des ailettes caractéristiques d'une munition flèche. Un calcul couplé mécanique des fluides/thermique du projectile/ ablation témoigne du fort potentiel du modèle ainsi proposé.

This study focuses on the analysis of the laminar-turbulent transition of the flowfield in a channel with fluid injection through a porous wall. Such a configuration is representative of the flowfield inside solid rocket motors. The flowfield is obtained thanks to unsteady three-dimensional LES numerical computations. In order to trigger the transition from a laminar state to a turbulent one using LES approach, it turns out to be necessary to introduce some perturbation in the flowfield. This study concentrates on searching a method to generate such perturbations. A first attempt has been made using the properties of the numerical scheme of the CEDRE CFD code of ONERA. A second approach that enables to take into account some experimental data has been developed. The experimental data is provided from the VECLA cold-gas setup of ONERA. This second method is based on the stochastic model from the Langevin equation. This equation has been implemented in the CEDRE code. A numerical study of the behaviour of such a model for the simulation of the transitional state of the flowfield obtained in channel with fluid injection through a porous wall has been done. The three-dimensional unsteady LES simulations of the flowfield in the VECLA setup have then been carried out using the CEDRE code. The results have been compared with the experimental data and with the results from a RANS computation. The benefit of using the stochastic equation of Langevin for the simulation of the turbulent quantities of such a flowfield has been pointed out.; Cette étude est consacrée à l'analyse par simulations numériques instationnaires tridimensionnelles LES de la transition laminaire-turbulent dans un canal à injection pariétale représentatif de l'écoulement dans les chambres de moteurs à propergol solide. Pour déclencher le phénomène de transition vers la turbulence avec la méthode LES, il a été nécessaire d'introduire des fluctuations dans l'écoulement. Cette étude se focalise sur la recherche d'une méthodologie de calcul permettant de générer des perturbations dans l'écoulement. Une première méthode, basée sur le comportement du schéma numérique du code de calcul CEDRE de l'ONERA, a été utilisée pour générer des fluctuations dans l'écoulement. Une deuxième méthode prenant en compte les données expérimentales relevées sur le montage en gaz froid VECLA de l'ONERA a ensuite 't' développée. Cette dernière utilise une modélisation stochastique dans le cadre de l'equation de Langevin. Après implantation de cette méthode de calcul stochastique dans le code CEDRE, une étude spécifique a été menée pour analyser le comportement du modèle en relation avec la problématique de l'écoulement transitionnel dans le canal avec injection pariétale. Les simulations numériques instationnaires LES de l'écoulement en transition dans le montage VECLA ont ensuite été réalisées avec le code de calcul CEDRE. Les résultats ont été confrontés aux données expérimentales ainsi qu'a une simulation stationnaire RANS de l'écoulement. Les résultats mettent en évidence l'intérêt de la modélisation stochastique de Langevin sur la description du champ fluctuant dans le canal avec injection pari'etale.

This paper concerns the development of a new Cartesian grid / immersed boundary (IB) method for the computation of incompressible viscous flows in irregular geometries. In IB methods, the computational grid is not aligned with the irregular boundary, and of upmost importance for accuracy and stability is the discretization in cells which are “cut" by the boundary. In this paper, we present an IB method (the LS-STAG method) based on the Cartesian MAC method where the irregular boundary is represented by its level-set function. This implicit representation of the immersed boundary enables us to discretize efficiently the fluxes in the cut-cells by imposing the strict conservation of total kinetic energy at the discrete level. The accuracy and robustness of our method are assessed on benchmark flows.

The constant search for improved modeling complex multi-physics is now a key issue and be able to propose such an approach is a necessity in both a need for detailed analysis and performance improvement systems and studied. For example, suggest new generation missile systems force us to control both external aerodynamics and heat transfer associated while incorporating flight dynamics and possible changes in geometry associated with heat stress. Tackle such a coupled system is the primary motivation of this work. However, solving systems strongly coupled if necessary to propose a strategy in the modeling approach. The technique has been immersed boundaries retained and integrated into a compressible solver based on an automatic mesh generator structure 2nTree. Before even addressing the ablation mechanisms, work is particularly focused on the characterization of external flows around projectiles, academic initially to quickly converge SOCBT projectiles and ammunition arrows flying very high speeds. Quality results and excellent correlation with literature results have encouraged us to continue the development by coupling with a flight dynamics model of 6 ° of freedom and taking into account the heating of the projectile to take account in flight conditions (in particular the stability of the projectile). Heat flow may also cause thermal degradation and the proposed model allows taking into account phenomena ablation. Although the modeling is simplistic at first, the proposed model was able to describe fairly easy problem to moving boundary as a mechanism of ablation. Calculations have highlighted the interesting behavior of the numerical model on academic cases and fins features a round arrow. Calculation coupled fluid mechanics / heat projectile / ablation demonstrates the potential of the proposed model as well., La recherche constante de l'amélioration des modélisations complexes multi-physiques est aujourd'hui un enjeu primordial et être capable de proposer de telles approches devient une nécessité à la fois dans un besoin d'analyse fine et d'amélioration des performances des systèmes ainsi étudiés. Par exemple, proposer des systèmes balistiques de nouvelle génération nous force à maîtriser à la fois l'aérodynamique externe et ses transferts thermiques associés tout en y intégrant la dynamique du vol et les possibles modifications de la géométrie liés aux agressions thermiques. S'attaquer à un tel système couplé constitue la motivation première de ce travail. Cependant, résoudre des systèmes si fortement couplés impose de proposer une véritable stratégie dans la modélisation retenue. La technique des frontières immergées a été retenue et intégrée à un solveur compressible s'appuyant sur un générateur de maillage automatique structure en 2nTree. Avant même de s'attaquer aux mécanismes d'ablation, le travail s'est plus particulièrement focalisé sur la caractérisation d'écoulements externes autour de projectiles, académique dans un premier temps pour très vite converger vers des projectiles SOCBT et des munitions flèches volant à très grandes vitesses. La qualité des résultats obtenus et les excellentes corrélations avec les résultats de la littérature nous ont encouragé à poursuivre le développement par un couplage avec un modèle de dynamique du vol à 6° de liberté et la prise en compte de l'échauffement du projectile pour tenir compte des conditions en vol (notamment la stabilité du projectile). Les flux thermiques peuvent également engendrer des dégradations thermiques et le modèle proposé permet la prise en compte des phénomènes d'ablation. Bien que sa modélisation soit simpliste dans un premier temps, le modèle proposé a permis de décrire de manière assez facile un problème à frontière mobile comme l'est un mécanisme d'ablation. Les calculs ont soulignés le comportement intéressant du modèle numérique sur des cas académiques et sur des ailettes caractéristiques d'une munition flèche. Un calcul couplé mécanique des fluides/thermique du projectile/ ablation témoigne du fort potentiel du modèle ainsi proposé.

This study focuses on the analysis of the laminar-turbulent transition of the flowfield in a channel with fluid injection through a porous wall. Such a configuration is representative of the flowfield inside solid rocket motors. The flowfield is obtained thanks to unsteady three-dimensional LES numerical computations. In order to trigger the transition from a laminar state to a turbulent one using LES approach, it turns out to be necessary to introduce some perturbation in the flowfield. This study concentrates on searching a method to generate such perturbations. A first attempt has been made using the properties of the numerical scheme of the CEDRE CFD code of ONERA. A second approach that enables to take into account some experimental data has been developed. The experimental data is provided from the VECLA cold-gas setup of ONERA. This second method is based on the stochastic model from the Langevin equation. This equation has been implemented in the CEDRE code. A numerical study of the behaviour of such a model for the simulation of the transitional state of the flowfield obtained in channel with fluid injection through a porous wall has been done. The three-dimensional unsteady LES simulations of the flowfield in the VECLA setup have then been carried out using the CEDRE code. The results have been compared with the experimental data and with the results from a RANS computation. The benefit of using the stochastic equation of Langevin for the simulation of the turbulent quantities of such a flowfield has been pointed out., Cette étude est consacrée à l'analyse par simulations numériques instationnaires tridimensionnelles LES de la transition laminaire-turbulent dans un canal à injection pariétale représentatif de l'écoulement dans les chambres de moteurs à propergol solide. Pour déclencher le phénomène de transition vers la turbulence avec la méthode LES, il a été nécessaire d'introduire des fluctuations dans l'écoulement. Cette étude se focalise sur la recherche d'une méthodologie de calcul permettant de générer des perturbations dans l'écoulement. Une première méthode, basée sur le comportement du schéma numérique du code de calcul CEDRE de l'ONERA, a été utilisée pour générer des fluctuations dans l'écoulement. Une deuxième méthode prenant en compte les données expérimentales relevées sur le montage en gaz froid VECLA de l'ONERA a ensuite 't' développée. Cette dernière utilise une modélisation stochastique dans le cadre de l'equation de Langevin. Après implantation de cette méthode de calcul stochastique dans le code CEDRE, une étude spécifique a été menée pour analyser le comportement du modèle en relation avec la problématique de l'écoulement transitionnel dans le canal avec injection pariétale. Les simulations numériques instationnaires LES de l'écoulement en transition dans le montage VECLA ont ensuite été réalisées avec le code de calcul CEDRE. Les résultats ont été confrontés aux données expérimentales ainsi qu'a une simulation stationnaire RANS de l'écoulement. Les résultats mettent en évidence l'intérêt de la modélisation stochastique de Langevin sur la description du champ fluctuant dans le canal avec injection pari'etale.

This study focuses on the processing of composite materials reinforced with short fibres or fibres bundles such as SMC or BMC. Firstly, an experimental work was carried-out at the macroscopic scale. This work led to the development of a lubricated compression rheometer and associated analysis methods to better characterize the rheology of SMC and BMC compounds, by accounting for the compressibility of compounds and the possible friction between the rheometer wall and the flowing composite. Numerical simulation was then achieved in order to simulate the forming of a BMC. For that purpose, the constitutive parameters of a simple tensorial rheological model were determined from experimental data obtained with the rheometer. Finally, an experimental work at the microscopic level allowed (i) the microstuctures of SMC models from X-ray microtomography micrographs and (ii) fibre pull-out experiment to be characterized, and the interaction mechanisms between the fiber bundles forming the fiber reinforcement of these materials to be modelled.; Cette étude porte sur la mise en forme des matériaux composites renforcés par des fibres ou des mèches de fibres courtes tels que les SMC ou les BMC. Un travail expérimental a dans un premier temps été réalisé à l’échelle macroscopique. Ce travail a permis de mettre au point un rhéomètre de compression lubrifiée ainsi que des méthodes d’essais et de dépouillement. Ceci permet de mieux caractériser la rhéologie des compounds SMC et BMC en traitant les problématiques de leur compressibilité et des frottements éventuels entre les parois du rhéomètre et la matière déformée. Un travail numérique a ensuite permis de simuler la mise en forme d’un BMC après l’identification des paramètres d’un modèle rhéologique simple à partir des données expérimentales obtenues sur le rhéomètre. Enfin, un travail expérimental à l’échelle microscopique a permis d’une part de caractériser finement les microstuctures de SMC modèles à partir de microtomographies à rayons X, et d’autre part de caractériser et de modéliser par le biais d’essais d’extraction de fibres les interactions entre les mèches formant le renfort fibreux de ces matériaux.

This study focuses on the processing of composite materials reinforced with short fibres or fibres bundles such as SMC or BMC. Firstly, an experimental work was carried-out at the macroscopic scale. This work led to the development of a lubricated compression rheometer and associated analysis methods to better characterize the rheology of SMC and BMC compounds, by accounting for the compressibility of compounds and the possible friction between the rheometer wall and the flowing composite. Numerical simulation was then achieved in order to simulate the forming of a BMC. For that purpose, the constitutive parameters of a simple tensorial rheological model were determined from experimental data obtained with the rheometer. Finally, an experimental work at the microscopic level allowed (i) the microstuctures of SMC models from X-ray microtomography micrographs and (ii) fibre pull-out experiment to be characterized, and the interaction mechanisms between the fiber bundles forming the fiber reinforcement of these materials to be modelled., Cette étude porte sur la mise en forme des matériaux composites renforcés par des fibres ou des mèches de fibres courtes tels que les SMC ou les BMC. Un travail expérimental a dans un premier temps été réalisé à l’échelle macroscopique. Ce travail a permis de mettre au point un rhéomètre de compression lubrifiée ainsi que des méthodes d’essais et de dépouillement. Ceci permet de mieux caractériser la rhéologie des compounds SMC et BMC en traitant les problématiques de leur compressibilité et des frottements éventuels entre les parois du rhéomètre et la matière déformée. Un travail numérique a ensuite permis de simuler la mise en forme d’un BMC après l’identification des paramètres d’un modèle rhéologique simple à partir des données expérimentales obtenues sur le rhéomètre. Enfin, un travail expérimental à l’échelle microscopique a permis d’une part de caractériser finement les microstuctures de SMC modèles à partir de microtomographies à rayons X, et d’autre part de caractériser et de modéliser par le biais d’essais d’extraction de fibres les interactions entre les mèches formant le renfort fibreux de ces matériaux.

In this Ph.D dissertation, we have used constant pressure and temperature molecular dynamics simulations to study the structural and volumetric (Voronoi volume and isothermal compressibility) changes of the surfactant AOT and C12E4 reverse micelles (RM) as a function of hydration. The two systems were simulated in the apolar solvents isooctane and decane respectively. The concentrations of the two ternary systems were selected to fall within a L2 phase ranges. A key parameter of RM is the water-to-surfactant molar ratio Wo which determines their water content as well as the micellar size. In this work we focus on the simulated RM structural and volumetric changes in the Wo range 2 = Wo =7 For the AOT/isooctane/water system, we obtain nonspherical aggregates of elliptical shape, with axial ratios between 1.24 and 1.41, the major axis being a, and the minor one, c. The hydrophilic inner core is also ellipsoidal with larger a/c ratios. Although experimental data indicate that the L2 phase of the AOT water/oil system is polydisperse, we have simulated only monodisperse RMs in our study. Nonetheless, we are able to reproduce the dimensions of the water-pool and its dependence on Wo as compared with scattering experiments carried out with SAXS or SANS. We have also investigated the static and dynamic properties of the RM's water inner core. Moving from smaller micelles to larger ones, we observe that the properties of confined water tend to near those of bulk water. In particular, we find that the solvation of the surfactant headgroups (hg) and counterions is more effective in larger micelles and that the diffusion of water is more retarded with respect to the bulk, in smaller RMs. For the volumetric properties, our calculations show that isothermal compressibilities of RMs increase linearly with Wo, in agreement with the experimental literature. In the case of the confined water volume, our calculations suggest small changes of the latter parameter (4% in difference) compared to bulk water. In contrast with literature, we found it remained constant with Wo. The compressibility of confined water varies between 24 and 60.10-5 MPa-1 according to the value of Wo. To study the influence of the AOT headgroup hydration, we have confined an a-helical alanine octapeptide in two RM with Wo=4.8 and 6.8. In the smallest RM, the preferential hydration of the AOT headgroup favors the stability of the a-helix in contrast to the largest one, where the periodical conformation of the peptide was lost. Our results show that the major force affecting the stability of octaalanine in small-size RM of AOT is hydration, as previously observed with much larger peptides. Furthermore the volumetric properties of the “filled” micelles do not significantly change with the incorporation of the peptides into the water core. For the surfactant C12E4 water system, we focused on the two possible imposed conformations (trans vs cis) of the surfactant headgroup, on the effect of RMs structures and water dynamics. Our results show that the surfactant headgroup conformation affects mainly the water-related properties, such as the water-core size, the area per surfactant headgroup, the headgroup hydration, and the water core translational diffusion. These parameters are similar to experimental data when the surfactant headgroups are in the trans position much more than in the cis one. Finally we found that the volumetric properties of the C12E4 RM, are not significantly modified according to the headgroup conformation. The compressibility value is in the 54 and 57.10-5 MPa-1 range. The volume of the confined water molecules is not significantly affected by their state (bound or free) and are close to the volume of pure water. However, our calculations indicate that their isothermal compressibility presents differences according to their state. The compressibility of free water was found twice as small (25.10-5 MPa-1) as that of pure water and it increases with the fraction of micellar bound water., Les micelles inverses (MI) sont des nano-gouttelettes d'eau, thermodynamiquement stables, dispersées dans une phase organique (généralement une huile), entourées d'une monocouche de tensioactif. Elles sont des modèles membranaires simplifiés, utilisées en biochimie pour solubiliser des protéines enzymes membranaires, peu ou pas solubles. Le fait que la dimension des micelles inverses dépend du rapport molaire Wo=[H2O]/[détergent] et que le contenu en eau dans des micelles inverses peut être finement contrôlé, ce sont des modèles intéressants pour étudier les effets de l'hydratation et du confinement sur la conformation des peptides, protéines et des acidesnucléiques. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié à l'aide des techniques de simulation de dynamique moléculaire (DM), les propriétés structurales et volumétriques (volume et compressibilité) de petites micelles inverses (i.e. avec des rapports 2 = Wo = 7) constituées d'un détergent ionique, le bis(2-ethylexyl sulfosuccinate) de sodium (AOT) et d'un non-ionique, le tétraéthylène glycol monododecylether (C12E4), en fonction de leur hydratation. Ces systèmes micellaires ont été simulés explicitement dans les conditions ambiantes de température et de pression avec des concentrations en solvant organique suffisantes pour reproduire les phases micellaires inverses. 1. Influence de l'hydratation sur les propriétés structurales et volumétriques des micelles inverses d'AOT Dans un premier temps, nous avons étudié l'influence de la quantité d'eau solubilisée sur les propriétés structurales et dynamiques de l'eau confinée dans les micelles inverses d'AOT. Nous avons montré que : • Les micelles inverses construites avec une géométrie sphérique, ont toutes évoluées au cours des simulations vers une forme ellipsoïdale avec des rapports, entre l'axe majeur et mineur de l'ellipsoïde, plus élevés pour le coeur d'eau que pour la micelle (1.24 - 1.41 et 1.67 - 2.1, respectivement). Nos simulations reproduisent la dépendance linéaire de Rw en fonction de Wo donnée dans la littérature pour ce système ternaire, si on modélise les micelles comme des objets sphériques. Dans les micelles inverses les plus petites, la diffusion de translation de l'eau est fortement ralentie par la forte densité en ions et par le nombre de molécules d'eau liées aux têtes polaires, mais tend à se rapprocher de l'eau pure avec l'augmentation de Wo. • Quand aux propriétés volumétriques des micelles inverses et de l'AOT, nos calculs montrent que les compressibilités isothermes (comprises entre (70 et 78 (± 6).10-5 MPa-1 et 74 et 85 (± 4).10-5, respectivement) des micelles inverses modélisées, interprétés à l'aide du milieu effectif, augmentent de façon linéaire avec le rapport Wo, en accord avec les données de la littérature expérimentale. Dans le cas du volume de l'eau confinée nous avons calculé que celui-ci change peu (4 % de différence), par rapport à l'eau pure, et reste constant avec Wo. La compressibilité de l'eau confinée varie en fonction de Wo entre 24 et 60.10-5 MPa-1. 2. Influence de l'hydratation sur la structure octapeptide d'une alanine encapsulée dans les micelles inverses d'AOT Dans un second temps, nous avons examiné l'influence de l'hydratation des têtes polaires des molécules d'AOT sur la stabilisation de la structure secondaire d'un peptide modèle (un octapeptide alanine en hélice-a), confiné dans des micelles d'AOT de rapport Wo » 4.8 et 6.8. Ce peptide est instable dans l'eau. Nous avons montré que : Resumé en français - 8 - • L'insertion des peptides dans les micelles affecte la structure des micelles inverses et notamment celle du coeur d'eau. Dans la micelle la plus petite, où l'eau est majoritairement liée aux têtes polaires et donc peu disponible pour hydrater le peptide, la structure secondaire en hélice-a de l'octapeptide est conservée, alors quelle est plus ou moins rapidement perdue dans les micelles plus hydratées. • Dans le cas des propriétés volumétriques (volumes et compressibilités isothermiques), celles-ci changent peu avec l'insertion des octapeptides dans les deux micelles et restent voisines des valeurs obtenues pour les micelles vides. 3. Influence de la conformation des têtes polaires des détergents sur la structure des micelles inverses de C12E4 avec un rapport Wo=3 Enfin, dans un troisième temps, nous avons étudié l'effet de l'hydratation faible sur la structure et les propriétés volumétriques des micelles inverses de C12E4 dans un rapport Wo=3 avec deux conformations possibles pour les têtes polaires des détergents (i.e. étendue vs. gauche). Ces deux micelles inverses ont été simulées dans le décane. Nous avons montré que : • Seules les propriétés structurales des coeurs d'eau des micelles sont significativement affectées par les conformations données aux têtes polaires des détergents. Lorsque que les têtes polaires sont gauches, l'eau confinée est peu liée aux têtes polaires et reste au centre de la micelle pour former un pool d'eau compact avec une structure proche de celle de l'eau pure. Avec les têtes polaires en conformation étendue, le piégeage des molécules d'eau au niveau des têtes des C12E4 est favorisé, ce qui a pour conséquence une diminution de leur diffusion de translation. • Quand aux compressibilités isothermes des micelles inverses, celles-ci ne sont pas significativement modifiées en fonction de la conformation des têtes polaires des détergents et sont proches de 54 et 57 (± 5).10-5 MPa-1. Le volume des molécules d'eau confinées dans les deux micelles ne montrent pas de variations que leur état soit liée ou libre et sont proches du volume de l'eau pure. Cependant, on constate que les compressibilités isothermes de l'eau confinée présentent des différences en fonction de leur état : l'eau liée présente une compressibilité isothermique environ deux fois plus faible (25 (± 2).10-5 MPa-1) que celle de l'eau pure, et sa compressibilité augmente avec la fraction d'eau libre dans les micelles. Finalement, la confrontation de nos résultats avec ceux de la littérature nous a permis de proposer un modèle de structure pour les micelles inverses de C12E4 de rapport Wo< 3.

This work deals with the development of numerical methods for compressible flow simulation with application to the interaction of fluid flows and structural bodies.First, we develop numerical methods based on multidimensional upwind residual distribution (RD) schemes. Theoretical results for the stability and accuracy of the methods are given. Then, the RD schemes for unsteady problems are extended for computations on moving meshes. As a second approach, cell centered and vertex centered finite volume (FV) schemes are considered. The RD schemes are compared to FV schemes by means of the 1D modified equation and by the comparison of the numerical results for scalar problems and system of Euler equations. We present a number of two and three dimensional steady and unsteady test cases, illustrating properties of the numerical methods. The results are compared with the theoretical solution and experimental data.In the second part, a numerical method for fluid-structure interaction problems is developed. The problem is divided into three distinct sub-problems: Computational Fluid Dynamics, Computational Solid Mechanics and the problem of fluid mesh movement. The problem of Computational Solid Mechanics is formulated as a system of partial differential equations for an anisotropic elastic continuum and solved by the finite element method. The mesh movement is determined using the pseudo-elastic continuum approach and solved again by the finite element method. The coupling of the problems is achieved by a simple sub-iterative approach. Capabilities of the methods are demonstrated on computations of 2D supersonic panel flutter and 3D transonic flutter of the AGARD 445.6 wing. In the first case, the results are compared with the theoretical solution and the numerical computations given in the references. In the second case the comparison with experimental data is presented., Doctorat en Sciences de l'ingénieur, info:eu-repo/semantics/nonPublished

In this Ph..D. dissertation, we have used constant pressure and temperature molecular dynamics simulations to study the structural and volumetric (Voronoi volume and isothermal compressibility) changes of the surfactant AOT and C12E4 reverse micelles (RM) as a function of hydration. The two systems were simulated in the apolar solvents isooctane and decane respectively. The concentrations of the two ternary systems were selected to fall within a L2 phase ranges. A key parameter of RM is the water-to-surfactant molar ratio Wo which determines their water content as well as the micellar size. In this work we focus on the simulated RM structural and volumetric changes in the Wo range 2 ≤ Wo ≤7 For the AOT/isooctane/water system, we obtain nonspherical aggregates of elliptical shape, with axial ratios between 1.24 and 1.41, the major axis being a, and the minor one, c. The hydrophilic inner core is also ellipsoidal with larger a/c ratios. Although experimental data indicate that the L2 phase of the AOT water/oil system is polydisperse, we have simulated only monodisperse RMs in our study. Nonetheless, we are able to reproduce the dimensions of the water-pool and its dependence on Wo as compared with scattering experiments carried out with SAXS or SANS. We have also investigated the static and dynamic properties of the RM's water inner core. Moving from smaller micelles to larger ones, we observe that the properties of confined water tend to near those of bulk water. In particular, we find that the solvation of the surfactant headgroups (hg) and counterions is more effective in larger micelles and that the diffusion of water is more retarded with respect to the bulk, in smaller RMs. For the volumetric properties, our calculations show that isothermal compressibilities of RMs increase linearly with Wo, in agreement with the experimental literature. In the case of the confined water volume, our calculations suggest small changes of the latter parameter (4% in difference) compared to bulk water. In contrast with literature, we found it remained constant with Wo. The compressibility of confined water varies between 24 and 60.10-5 MPa-1 according to the value of Wo.To study the influence of the AOT headgroup hydration, we have confined an Α-helical alanine octapeptide in two RM with Wo=4.8 and 6.8. In the smallest RM, the preferential hydration of the AOT headgroup favors the stability of the Α-helix in contrast to the largest one, where the periodical conformation of the peptide was lost. Our results show that the major force affecting the stability of octaalanine in small-size RM of AOT is hydration, as previously observed with much larger peptides. Furthermore the volumetric properties of the “filled” micelles do not significantly change with the incorporation of the peptides into the water core. For the surfactant C12E4 water system, we focused on the two possible imposed conformations (trans vs cis) of the surfactant headgroup, on the effect of RMs structures and water dynamics. Our results show that the surfactant headgroup conformation affects mainly the water-related properties, such as the water-core size, the area per surfactant headgroup, the headgroup hydration, and the water core translational diffusion. These parameters are similar to experimental data when the surfactant headgroups are in the trans position much more than in the cis one. Finally we found that the volumetric properties of the C12E4 RM, are not significantly modified according to the headgroup conformation. The compressibility value is in the 54 and 57.10-5 MPa-1 range. The volume of the confined water molecules is not significantly affected by their state (bound or free) and are close to the volume of pure water. However, our calculations indicate that their isothermal compressibility presents differences according to their state. The compressibility of free water was found twice as small (25.10-5 MPa-1) as that of pure water and it increases with the fraction of micellar bound water.; Dans cette thèse, nous présentons des résultats de simulations de dynamique moléculaire (MD) explicites dans les conditions ambiantes de micelles inverses (MI) d'AOT et de C12E4 en fonction du rapport molaire Wo=[H2O]/[détergent] qui caractérise la dimension des MI et leur contenu en eau. Le rapport des MI était 2 ≤ Wo ≤7. Nous avons étudié les changements de structure et les compressibilités des micelles inverses avec Wo. Lorsque le rapport Wo

Numerical simulations of the fluid flow around a small rotating vertical axis wind turbine are performed using a time accurate Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS) solver. A moving mesh technique is applied for the simulation of the rotating wind turbine. The RANS equations are then formulated in ALE. All computations are performed assuming 2D incompressible fully turbulent flow. Turbulence is modelled by the SST k/ω model of Menter. Blade forces and torque are obtained from the solution of the RANS equations by integrating the pressure and shear stress over the blade surface. The expected wind turbine output is determined at given rotational speeds. The resulting power coefficients are compared to that obtained by applying a multiple stream tube theory.

Co-encadrement de la thèse : Anthony Wachs; Pipelining crude oils that contain large proportions of paraffins can cause many specific difficulties. These oils, known as waxy crude oils, usually exhibit high ''pour point'', where this temperature is higher than the external temperature conditions surrounding the pipeline. During the shutdown, since the temperature decreases in the pipeline, the gel-like structure builds up and the main difficulty concerns the issue of restarting. This PhD attempts to improve waxy crude oil behaviour understanding thanks to experiment, modelling and numerical simulations in order to predict more accurately time and pressure required to restart the flow. Using various contributions to the literature, waxy crude oils are described as viscoplastic, thixotropic and compressible fluid. Strong temperature history dependence plays a prevailing role in the whole shutdown and restart process. Thus, waxy crude oils under flowing conditions correspond to the non-isothermal flow of a viscoplastic material with temperature-dependent rheological properties. Besides, the restart of a waxy crude oil is simulated by the isothermal transient flow of a weakly compressible thixotropic fluid in axisymmetric pipe geometry. We retain the Houska model to describe the thixotropic/viscoplastic feature of the fluid and compressibility is introduced in the continuity equation. The viscoplastic constitutive equation is involved using an augmented Lagrangian method and the resulting equivalent saddle-point problem is solved thanks to an Uzawa-like algorithm. Governing equations are discretized using a Finite Volume method and the convection terms are treated thanks to a TVD (Total Variation Diminishing) scheme. The Lagrangian functional technique usually used for incompressible viscoplastic flows, is adapted to compressible situations. Several numerical results attest the good convergence properties of the proposed transient algorithm. The non-isothermal results highlight the strong sensitivity of the flow pattern to the temperature changes in terms of yielded/unyielded regions. Then, the combined effects of compressibility and thixotropy have beneficial influence on the restart issue. In fact, a thixotropic flow, not able to start up in compressible situations, could be restarted thanks to compressibility. At last, comparison between numerical and experimental results allows to validate the numerical code.; Même si le transport par pipelines de bruts conventionnels reste relativement aisé, il devient plus problématique si le brut est composé d'un grand nombre de molécules hydrocarbonées comme les paraffines. Ces bruts paraffiniques ont la particularité d'avoir une température de prise en gel élevée, souvent supérieure à la température de l'environnement dans lequel il s'écoule. Lorsque l'écoulement dans la conduite est arrêté, la température diminue et entraîne la formation de bouchons de gel de plusieurs centaines de mètres. Après un long arrêt, il devient difficile de redémarrer l'écoulement. Le manque de compréhension des phénomènes impliqués lors du transport d'un brut paraffinique conduit à une surestimation des pressions de redémarrage et donc à un surcoût pour les compagnies pétrolières. Ainsi, ces travaux de thèse s'attachent à améliorer la compréhension du comportement d'un brut paraffinique et à enrichir sa modélisation afin que les simulations numériques prévoient des pressions et des temps de redémarrage plus précis. En faisant référence aux travaux théoriques, expérimentaux et numériques, il est décrit le comportement viscoplastique, thixotrope et compressible d'un brut paraffinique. Les propriétés thermiques et mécaniques liées à l'histoire du brut jouent un rôle essentiel sur le comportement du brut au redémarrage. Ainsi, le transport d'un brut paraffinique avant l'arrêt de la conduite correspond à l'écoulement stationnaire non-isotherme dans une conduite 2D axisymétrique d'un fluide viscoplastique dont les propriétés rhéologiques dépendent de la température. Le comportement d'un brut paraffinique au redémarrage est décrit par le déplacement d'un fluide viscoplastique, thixotrope et compressible par un autre fluide. Le caractère thixotrope est pris en compte par le modèle de Houska et la compressibilité est introduite dans le modèle de redémarrage. La loi de comportement est implémentée grâce à une technique de Lagrangien augmenté associée à un algorithme d'Uzawa afin d'appréhender sa non-dérivabilité. Les équations du problème sont discrétisées grâce à une méthode de Volumes Finis et un schéma TVD (Total Variation Diminishing) est utilisé pour traiter les termes de transport. La méthode de résolution habituellement utilisée pour les fluides viscoplastiques incompressibles est adaptée à des situations compressibles. Différents tests numériques sont menés et montrent les bonnes propriétés de convergence des algorithmes de résolution. Les résultats non-isothermes montrent la sensibilité des zones cisaillées/non-cisaillées aux variations de la température. L'influence des effets combinés de la thixotropie et de la compressibilité sur la capacité de redémarrage est également observée. Un fluide thixotrope incompressible ne pouvant être redémarré, peut être remis en écoulement si une compressibilité lui est ajoutée. Enfin, une étude comparative entre les résultats numériques et expérimentaux permet de valider le code numérique.

On the geomimetism basis which allows the use of natural materials as graphite, diamond, a quartz, pyrite, etc. as model host-structures, new stoichiometries are proposed. Their crystal structures are optimised and discriminated using energy criteria with the help of ab initio calculations within the density functional theory (DFT) framework. As a matter of fact, we will propose, as examples, XC3N3 (where X is B, Al, P, Ga or As), CN2 and C2N, or SiNF. The obtained results allow to propose new ultra-hard materials in the BC3N3 ternary class, with the rhombohedral BC3N3 whose bulk modulus magnitude is 358 GPa. Else, they allows use to propose a decomposition mechanism of CVD nitrogen-rich carbon nitrides which is initiated either by a gaseous N2 formation or by a .C = N cyanogen radical formation. Finally, a new class of materials, the nitrofluorides whose archetype would be SiNF, is proposed.; Sur la base du principe de géomimétisme permettant l'utilisation de matériaux naturels comme le graphite, le diamant, le quartz a, la pyrite, etc. comme structures hôtes modèles, de nouvelles stoechiométries sont proposées. Leurs structures cristallines sont optimisées et discriminées sur la base de critères énergétiques, moyennant des calculs ab initio au sein de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT). On proposera ainsi, par exemple XC3N3 (avec X = B, Al, P, Ga ou As), CN2 et C2N, ou encore SiNF. Les résultats obtenus ont permis notamment de proposer de nouveaux ultra-durs dans la classe de carbonitrures ternaires BC3N3, comme BC3N3 rhomboédrique qui présente un module de compressibilité de 358 GPa, un mécanisme de décomposition des carbonitrures (CVD) riches en azote initié la formation de N2 gazeux ou d'un radical cyanogène .C = N, ou enfin une nouvelle classe de matériaux, les silico-nitrofluorures dont l'archétype serait SiNF.

The tablet remains the dosage form the most present on the market. These tablets are obtained by the compaction of complex mixtures of an active substance and some excipients.The aim of this work was to evaluate the behaviour of various binary mixtures of three pharmaceutical excipients.The first part of this work is about the study of the compressibility and the compactibility of the excipients alone. Tests of characterization of the solid fraction by microtomography X supplemented this study.The second part deals with the study of the variation of compressibility and mechanical properties when the binary mixture composition changes. Microtomography X were also carried out on one of the mixture.This work was supplemented by the proposal for a model to describe the evolution of the Young's modulus and the tensile strength according to the mixture composition., Les matériaux granulaires sont utilisés dans de nombreux domaines tels que la pharmacie, la chimie, la métallurgie, l'agroalimentaire. Ils font l'objet de nombreuses recherches théoriques et expérimentales. La compression en matrice fermée est un procédé économique et facile à automatiser, ce qui explique qu'elle soit très répandue dans les industries qui utilisent des milieux granulaires. Dans le domaine pharmaceutique, le comprimé reste la forme la plus présente sur le marché. Bien que simple en apparence, la compression est un processus dynamique irréversible d'une grande complexité. Dans le cas d'un comprimé pharmaceutique, il faut garder à l'esprit que celui ci doit répondre à la fois à des contraintes technologiques, à des contraintes thérapeutiques et à des contraintes réglementaires très strictes. Pour répondre à ces différentes contraintes, les comprimés pharmaceutiques sont obtenus par la compression de mélanges souvent complexes d'excipients et d'une substance active. Bien que des progrès aient été fait dans la quantification des propriétés mécaniques des systèmes simples, le comportement mécanique des systèmes de poudres plus complexes a été moins étudié. L'idéal pour le formulateur serait de disposer des propriétés de chaque constituant du mélange et de sa contribution au comportement de l'ensemble du système pour pouvoir prédire le comportement des constituants en mélange. L'expérience semble montrer que ce n'est pas aussi simple. Or, comprendre le comportement d'un mélange en fonction des propriétés de ces constituants de base, c'est non seulement pouvoir prédire le comportement du mélange, mais également pouvoir développer de nouvelles formules. L'objectif de ce travail de recherche est d'évaluer les propriétés de mélanges granulaires compactés. Etant donnée la complexité du problème et la difficulté d'interprétation lorsque l'on s'intéresse à des mélanges d'excipients, les études doivent être réalisées sur des systèmes simples (mélanges binaires faisant intervenir des systèmes monodisperses). Il a donc été nécessaire d'étudier de la façon la plus complète possible les systèmes simples choisis avant de pouvoir passer à l'étude de leurs mélanges binaires.Les excipients étudiés (A TAB®, Fast Flo®, Vivapur 12®) sont représentatifs des excipients utilisés dans le domaine pharmaceutique. Les données de la littérature ont également mis en évidence des comportements en compression très différenciés. Le premier objectif de ce travail a donc été de caractériser de la manière la plus exhaustive possible le comportement sous pression des trois excipients ainsi que les propriétés mécaniques de ces systèmes compactés.Les résultats obtenus sur la compressibilité des trois excipients (énergies mises en jeu au cours de la compression, consommation de la porosité, modélisation de Heckel et seuil moyen d'écoulement plastique) ont confirmé des aptitudes à la compression très différentes.En complément, la technique de microtomographie X a été utilisée pour caractériser la fraction solide des comprimés de Vivapur 12®. Cette technique est une technique émergente dans l'étude des comprimés pharmaceutiques. Il a donc été nécessaire au préalable de la valider dans le domaine d'application dans lequel nous voulions la mettre en oeuvre (vérification de la loi de Beer-Lambert). Après une étape de calibration, une hétérogénéité au niveau de la répartition de la masse volumique a été mise en évidence au sein des comprimés, avec une différence importante entre la surface (surdensifiée) et le centre du comprimé. A la vue de ces observations, il apparaît donc que la différence entre les propriétés du volume (résistance à la rupture, module de Young, ...) et les propriétés de surface (dureté en indentation, ...) doit être faite.Concernant les propriétés mécaniques des systèmes simples compactés (résistance à la rupture, module de Young, ténacité, dureté Brinell), des différences ont été observées entre les trois excipients pour une même propriété. De plus, pour un même excipient, des variations marquées entre les propriétés mécaniques caractéristiques du volume du compact et les propriétés mécaniques caractéristiques de la surface ont été mises en évidence.Le modèle de la percolation qui est de plus en plus rencontré dans le domaine de la compression de composés pharmaceutiques a été appliqué aux trois systèmes étudiés. Les résultats de nos essais de modélisation semble montrer que ce modèle présente des limites. L'exposant critique ne semble pas universel pour une propriété donnée et les seuils de densité critique obtenus restent difficile à interpréter.La deuxième partie de ce travail est consacrée à l'étude des mélanges binaires formés à partir des trois excipients étudiés dans la première partie.Le suivi de l'évolution de la porosité des mélanges (à une contrainte de compression donnée) en fonction de la composition massique du mélange a permis de mettre en évidence une relation linéaire Porosité/Composition. Cette relation permet de déterminer la porosité d'un mélange compacté sous une pression donnée à partir des données recueillies au cours de l'étude des systèmes simples. Par contre, le seuil moyen d'écoulement plastique des mélanges n'évolue pas linéairement avec la composition massique du mélange. Mais en raison de la relation précédemment obtenue, une méthode de calcul indirect du seuil moyen d'écoulement plastique est possible. Cette méthode prédictive permet une bonne approximation des propriétés de densification et de déformation d'un mélange binaire quelle que soit sa composition.Pour toutes les propriétés mécaniques étudiées, les lois de proportionnalités simples classiquement utilisées en mécanique ne sont pas applicables. Dans la majorité des cas, une déviation négative est même observée par rapport à ces lois simples.Dans le cas particulier des propriétés mécaniques qui caractérisent la surface des compacts, il est apparu qu'elles étaient régies par le composé le plus plastique du mélange dès que sa proportion massique est égale à environ 30 à 20 %.Pour s'inscrire dans une optique d'aide à la formulation, un modèle a été proposé pour décrire l'évolution du module de Young et de la résistance à la rupture en fonction de la composition du mélange. Après ajustement, une approche basée sur des interactions triangulaires et sur la probabilité de présence de ces interactions semble la plus adaptée.Pour compléter l'étude des systèmes binaires, des essais de microtomographie X ont également été menés sur des mélanges Vivapur 12®/A TAB® compactés. Les représentations obtenues ont permis de mettre en évidence le Vivapur 12® au niveau des surfaces des compacts qui ont été en contact avec les pièces mécaniques. Ces observations confirment les résultats obtenus en microindentation sur ce mélange. Les seuils de percolation des deux excipients ont également été mis en évidence.

Y.D'ANGELO Professeur INSA Rouen P. BRUEL Chargé de Recherche CNRS, LMA Pau C. FABRE Responsable Projets de Recherche "Moteur et Intégration Nacelle", Airbus France, Toulouse P. MILLAN Directeur de Recherche, ONERA, Toulouse F. ROGER Professeur, Université de Poitiers D. VANDROMME Professeur, INSA de Rouen; This study stems in particular from the need to control, during the integration stage of an aeronautical engine, the hazards related to the possible discharge of hot and highly pressurized gases issued from an orifice accidentally created at the combustion chamber wall. After a review of the phenomenology of such a flow, a strategy is proposed to overcome the difficulties encountered when such jets are to be dealt with numerically in order to obtain converged solutions at a moderate computing cost / accuracy ratio. The chosen method relies on i) a mixed finite volume / finite element approach to integrate the axisymmetrical formulation of the compressible Navier-Stokes equations, ii) upwind schemes (TVD) to evaluate the convective fluxes, iii) an anisotropic readaptation algorithm for unstructured meshes and iv) a modified k-ε turbulence model including compressibility effects. The analysis of the results demonstrate the efficiency of the proposed strategy which leads us to correctly forecast the overall jet structure which proved to be very sensitive to the inlet conditions prescription. Such a feature strongly suggests that the corresponding certification tests definition should be updated accordingly.; Cette étude est inspirée en particulier par le besoin, lors de la phase d'intégration d'un moteur aéronautique, de maîtriser a priori les risques d'endommagements liés à la possible décharge d'un écoulement de gaz brûlés à haute pression et haute température, issu d'un orifice apparaissant accidentellement au niveau de la paroi de la chambre de combustion. Après avoir brossé un tableau exhaustif de la phénoménologie des écoulements considérés, une stratégie est proposée afin de surmonter les difficultés numériques particulières associées à la simulation de tels jets, et d'obtenir des solutions stationnaires pour un rapport coût / précision raisonnable. La procédure retenue repose sur l'utilisation i) d'une méthode mixte volumes finis / éléments finis pour intégrer la formulation axisymétrique des équations de Navier-Stokes en régime compressible, ii) de schémas décentrés (TVD) pour évaluer les flux convectifs, iii) d'une méthode de réadaptation anisotrope de maillages non-structurés et iv) d'un modèle de turbulence k-ε modifié afin de réintégrer les principaux effets de compressibilité. L'analyse des résultats obtenus démontre que la stratégie retenue nous permet de prévoir correctement la structure d'ensemble des différents jets considérés et confirme que celle-ci est très sensible aux conditions d'entrée prévalant au niveau de l'orifice, ce qui nous conduit d'ores et déjà à préconiser une évolution de la définition des tests de certification.

This study stems in particular from the need to control, during the integration stage of an aeronautical engine, the hazards related to the possible discharge of hot and highly pressurized gases issued from an orifice accidentally created at the combustion chamber wall. After a review of the phenomenology of such a flow, a strategy is proposed to overcome the difficulties encountered when such jets are to be dealt with numerically in order to obtain converged solutions at a moderate computing cost / accuracy ratio. The chosen method relies on i) a mixed finite volume / finite element approach to integrate the axisymmetrical formulation of the compressible Navier-Stokes equations, ii) upwind schemes (TVD) to evaluate the convective fluxes, iii) an anisotropic readaptation algorithm for unstructured meshes and iv) a modified k-ε turbulence model including compressibility effects. The analysis of the results demonstrate the efficiency of the proposed strategy which leads us to correctly forecast the overall jet structure which proved to be very sensitive to the inlet conditions prescription. Such a feature strongly suggests that the corresponding certification tests definition should be updated accordingly., Cette étude est inspirée en particulier par le besoin, lors de la phase d'intégration d'un moteur aéronautique, de maîtriser a priori les risques d'endommagements liés à la possible décharge d'un écoulement de gaz brûlés à haute pression et haute température, issu d'un orifice apparaissant accidentellement au niveau de la paroi de la chambre de combustion. Après avoir brossé un tableau exhaustif de la phénoménologie des écoulements considérés, une stratégie est proposée afin de surmonter les difficultés numériques particulières associées à la simulation de tels jets, et d'obtenir des solutions stationnaires pour un rapport coût / précision raisonnable. La procédure retenue repose sur l'utilisation i) d'une méthode mixte volumes finis / éléments finis pour intégrer la formulation axisymétrique des équations de Navier-Stokes en régime compressible, ii) de schémas décentrés (TVD) pour évaluer les flux convectifs, iii) d'une méthode de réadaptation anisotrope de maillages non-structurés et iv) d'un modèle de turbulence k-ε modifié afin de réintégrer les principaux effets de compressibilité. L'analyse des résultats obtenus démontre que la stratégie retenue nous permet de prévoir correctement la structure d'ensemble des différents jets considérés et confirme que celle-ci est très sensible aux conditions d'entrée prévalant au niveau de l'orifice, ce qui nous conduit d'ores et déjà à préconiser une évolution de la définition des tests de certification.

A rate-type constitutive equation of compressible isotropic hyperelasticity and a finite element formulation based on the Updated Lagrangian approach are proposed. The constitutive equations of compressible hyperelasticity are simplified by introducing modified tensors in an intermediate configuration, which separates the volumetric deformation from the distortional deformation. Selective integration and a mixed pressure/displacement formulation have been adopted to avoid volumetric locking and the hourglass modes. The deformation of a simple rectangle block was simulated to show the effect of the choice of the finite elements and the integration methods on the stability and the accuracy of proposed method. Moreover, loading tests were carried out on a prototype specimen of a vibration control device made from circumferential rubber parts and reinforcing steel layers in order to evaluate applicability of the proposed formulation to such devices.

Inducing a convective motion inside a liquid without using any mechanical contact is a convenient and efficient way for the mixing of liquids in biotechnology, where the volumes to be treated are very small. We analyze a system constituted by a water droplet surrounded by its vapor in which a Marangoni convection has been set up. The aim of this work is to calculate the velocity field inside the droplet assuming it is at equilibrium with its vapor. Fluids are supposed incompressible and the geometry 2D axisymmetric. Non primitive variables (ω-ψ-φ) are used in the equation govering the motion of the fluid. Numerical simulations show the influence on the droplet velocity field : (i) of the vaporization-condensation mass transfer. (ii) of the presence of vapor between the droplet and the cold source and (iii) of the convection inside the liquid.; La mise en mouvement d'un liquide sans aucun contact mécanique avec son milieu extérieur peut être un moyen de mélange et/ou brassage séduisant pour les biotechnologies où les volumes de fluide à traiter sont très petits (quelques dizaines de µl au plus). Le système présenté concerne une goutte d'eau entourée d'une enceinte fermée dont l'atmosphère est composée uniquement de sa vapeur. Une circulation dans la goutte est obtenue par effet Marangoni. L'objectif principal est de calculer le champ de vitesse dans la goutte en supposant que celle-ci est en équilibre avec sa vapeur. La goutte et sa vapeur sont considérés incompressibles, la géométrie est à symétrie 2D axisymétrique, l'équation du mouvement est exprimée avec un modèle à variables non primitives (ω-ψ-φ). Les simulations ont permis d'étudier l'influence sur le champ de vitesse dans la goutte : (i) des phénomènes de changement de phase, (ii) de la présence de vapeur entre l'extrémité de la goutte et l'échangeur froid, (iii) du transport de chaleur par convection dans la goutte.