Instabilité, turbulence et couplages

Écoulements industriels

Écoulements biologiques

Écoulements pour la fusion magnétique

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Instabilités, Turbulence et Couplages
Présentation

L’équipe développe une expertise multidisciplinaire centrée autour de la modélisation numérique et de l’étude d’écoulements de fluides neutres ou ionisés (plasma) pour l’optimisation de systèmes industriels ou technologiques dans quatre grands domaines à fort impact sociétal : énergie, aménagement  et urbanisme, transport, et santé.
La physique de ces systèmes est celle des phénomènes hors-équilibres et couplés, avec des instabilités conduisant à la turbulence, et des interactions entre fluide et structure, mélange et transferts, turbulence et transport, … qui nécessitent le développement de méthodes et de codes de simulations originaux. Ces études souvent réalisées dans des régimes de paramètres pertinents pour l’application se font dans le cadre de collaborations fortes  avec nos partenaires socio-économiques (AIRBUS, SAFRAN, IRSN, CEA, ITER, AP-HM…) qui sont dans l’ADN de l’équipe.

L’équipe compte actuellement 12 chercheurs et enseignants chercheurs, et  structure son activité autour de 3 grandes familles d’écoulements.

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Doctorants, Post-Doctorants et CDD

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Dernières publications de l'équipe

  • Uwe Ehrenstein. Generalization to differential–algebraic equations of Lyapunov–Schmidt type reduction at Hopf bifurcations. Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, 2024, 131, pp.107833. ⟨10.1016/j.cnsns.2024.107833⟩. ⟨hal-04408097⟩ Plus de détails...
  • Raffael Düll, Hugo Bufferand, Eric Serre, Guido Ciraolo, Virginia Quadri, et al.. Introducing electromagnetic effects in Soledge3X. Contributions to Plasma Physics, 2024, pp.e202300147. ⟨10.1002/ctpp.202300147⟩. ⟨hal-04474339⟩ Plus de détails...
  • Frédéric Schwander, Eric Serre, Hugo Bufferand, Guido Ciraolo, Philippe Ghendrih. Global fluid simulations of edge plasma turbulence in tokamaks: a review. Computers and Fluids, 2024, 270, pp.106141. ⟨10.1016/j.compfluid.2023.106141⟩. ⟨hal-04352255⟩ Plus de détails...
  • Franck Corset, Mitra Fouladirad, Christian Paroissin. Imperfect and worse than old maintenances for a gamma degradation process. Applied Stochastic Models in Business and Industry, In press, ⟨10.1002/asmb.2849⟩. ⟨hal-04462980⟩ Plus de détails...
  • Jingqi Zhang, Mitra Fouladirad, Nikolaos Limnios. A Semi-Markov Model with Geometric Renewal Processes. Methodology and Computing in Applied Probability, 2023, 25 (4), pp.85. ⟨10.1007/s11009-023-10060-z⟩. ⟨hal-04429456⟩ Plus de détails...
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Dernières rencontres scientifiques

Soutenances de thèses et HDR

4 mars 2024 - Simulation et modélisation des propriétés hydroacoustiques des antennes SONAR / Soutenance de thèse Thibaut Rossi
Doctorant : Thibaut ROSSI

Date : le lundi 4 mars 2024 à 14h00 au M2P2, dans l’amphi 3 / Centrale Méditerranée au 38 Rue Frédéric Joliot Curie, 13013 Marseille

Résumé : Les nouvelles générations de sous-marins militaires sont de plus en plus discrètes et donc deviennent de plus en plus difficiles à détecter. Une limitation majeure du seuil de détection est induite par le pseudo-bruit de couche limite généré à proximité des antennes SONAR. La connaissance du spectre en nombre d’onde-fréquence des fluctuations de pression pariétale s’avère indispensable pour estimer ce pseudo-bruit et ainsi améliorer la prédiction des performances et optimiser l’intégration des antennes SONAR sur les porteurs. De plus, une meilleure connaissance de la nature du bruit perçu sur les antennes dans le domaine nombre d’onde-fréquence permet de quantifier les effets des différents traitements du signal utilisés. En effet, les nouveaux traitements SONAR sont sensibles aux corrélations entre capteurs et peuvent dans certains cas présenter une forte amélioration du plancher de bruit perçu en sortie de traitement. Classiquement, on dispose de modèles empiriques pour estimer rapidement ce terme source. Mais le champ d’application de ce type de modèle est circonscrit par les données expérimentales et numériques qui ont servi à leur élaboration, en général des écoulements de plaque plane. En outre, ces modèles ne parviennent pas à estimer correctement les composantes spectrales à l’origine de la majeure partie du pseudo-bruit perçu, et ne sont pas adaptés pour traiter les écoulements turbulents de couche limite avec gradient de pression ou décollement. Dans le cadre de ces travaux de thèse, on propose de développer une méthode d’évaluation du pseudo-bruit généré par des couches limites turbulentes attachées et décollées. Tout d’abord, des simulations des grandes échelles basées sur la méthode de Boltzmann sur réseau sont réalisées pour évaluer la capacité de ce type de solveur à estimer directement le pseudo-bruit d’une couche limite turbulente. Pour cela, des ingrédients numériques particuliers sont utilisés pour stabiliser et réduire le coût numérique des simulations. Ensuite, un modèle analytique est revisité et une procédure numérique est proposée pour calculer le spectre en nombre d’onde-fréquence des fluctuations de pression pariétale de couches limites attachées et décollées. La méthodologie est validée pour une couche limite turbulente sur plaque plane et pour l’écoulement en aval d’une marche descendante. Des données expérimentales sont notamment exploitées pour valider les résultats de la marche descendante.

Mots clés : pression pariétale, équation de Poisson, méthode de Boltzmann sur réseau, simulation des grandes échelles, simulation RANS, écoulement décollé.

Jury :

Xavier Gloerfelt,          Professeur des universités, ENSAM, Rapporteur                        
Marc C. Jacob,           Professeur des universités, École Centrale de Lyon, Rapporteur / Président du jury
Véronique Fortuné,   Maître de conférences, Université de Poitiers, Examinateur 
Lionel Larchevêque, Maître de conférences, Aix-Marseille Université, Examinateur
Pierre Sagaut,            Professeur des universités, Aix-Marseille Université, Directeur de thèse
Raphaël Lardat,          Senior scientific, Thales DMS - UWS, Co-Encadrant

19 janvier 2024 - Maillage automatique et méthodes Machine Learning pour la prédiction de grandeurs fluides pour les rentrées atmosphériques / Soutenance de thèse Iko Midani
Doctorant : Iko Midani
Date : le vendredi 19 janvier 2024 à 14h00 dans l’amphithéâtre du LMA ; 4, impasse Nikola Tesla ; 13013 Marseille

Résumé : Dans le secteur spatial, l'émergence de nouveaux acteurs, tels que des entreprises privées opérant des constellations de satellites ou proposant du tourisme spatial, a suscité des préoccupations cruciales quant au partage de l'espace dans les années à venir. L'accroissement des activités spatiales a mis en lumière le problème croissant des débris spatiaux. Bien que la prise de conscience des risques liés aux débris spatiaux ne soit pas nouvelle, des progrès ont été réalisés depuis que la possibilité de collisions rendant l'orbite terrestre inutilisable a été soulevée. Des mesures visant à réduire les débris ont été mises en place, avec de nombreuses agences spatiales gouvernementales établissant des lignes directrices. La principale solution pour gérer les débris spatiaux réside dans leur rentrée atmosphérique, bien que cette approche présente des défis. En effet, la simulation d'une rentrée atmosphérique est complexe en raison des phénomènes multiphysiques impliqués, rendant les codes de simulation numérique haute-fidélité tel que les outils CFD inutilisables en raison de leurs temps de calcul excessifs. Des outils à temps de réponse rapide ont été développés pour évaluer le risque au sol posé par les débris, calculant les distributions des coefficients de pression et des flux de chaleur à la paroi à chaque instant de la rentrée atmosphérique. Cependant, ces modèles réduits ne prennent pas en compte la complexité physique requise pour prédire précisément la dégradation des structures dans certaines situations. L'objectif de la thèse présentée est de développer de nouveaux outils améliorant la prédiction de ces quantités. À cette fin, un code CFD Euler simplifié avec génération de maillage automatique est mis en place. Une structure de type maillage Cartésien Octree avec des méthodes de d’adaptation de maillage de type AMR sont développés. Dans un second temps des méthodes de frontières immergées (IBM) sont incorporées afin de capturer avec précision le coefficient de pression à la paroi. La dernière partie de cette thèse implique le développement d’un modèle statistique basé sur des méthodes d'apprentissage automatique afin de prédire le flux de chaleur à la paroi. La thèse comprend plusieurs validations sur des formes simples, avec des applications industrielles impliquant des formes réelles et complexes. Ces travaux visent à concilier l'efficacité des modèles simplifiés avec la précision des simulations CFD, contribuant ainsi à la gestion et à la prévention des risques liés aux débris spatiaux dans un contexte spatial en constante évolution.

Mots clés : rentrées atmosphériques, aérothermodynamique, hypersonique, maillage automatique, méthodes des frontières immergées, Machine Learning

Jury
M. Marcello MELDI - ENSMA / Rapporteur                       
M. Vincent MOURREAU - CORIA / Rapporteur
M. Pierre-Henri MAIRE - CEA/CESTA / Président du jury
Mme. Stéphanie PERON - ONERA / Examinatrice
M. Julien FAVIER – AMU / Directeur de thèse
M. Pierre BOIVIN – CNRS / Co-Directeur de thèse
M. Eddy CONSTANT - R.Tech / Invité, Encadrant industriel
12 janvier 2024 - Caractérisation clinique, expérimentale et numérique des propriétés mécaniques de la paroi de la racine aortique / Soutenance de thèse Marien Lenoir
Doctorant : Marien Lenoir
Date : le vendredi 12 janvier 2024 à 14h00 dans l’amphi N°2 / Centrale Méditerranée, 38 Rue Frédéric Joliot Curie, 13013 Marseille

Résumé : La thèse porte sur la caractérisation des propriétés mécaniques de la racine aortique, avec comme objectif principal sa modélisation numérique dans le contexte de simulations numériques fluide-structure. La première partie de l'étude a consisté́ à obtenir les propriétés biomécaniques à partir de sujets sains, in vivo, en utilisant l'IRM. Ensuite, une partie ex vivo a été développée avec une méthode novatrice. Cette méthodologie repose sur l'utilisation de racines aortiques humaines récupérées grâce à l'agence de la biomédecine sur un échantillon de 10 greffons. Cette nouvelle méthode implique la pressurisation de la racine aortique, associée à l'acquisition d'images par micro- CT. L'évolution des déformations des racines aortiques, ainsi que les mesures de pression, ont permis d'obtenir des courbes contrainte/déformation associées au module de Young. Une modélisation de la déformation a ensuite été réalisée, et une méthodologie numérique utilisant la méthode des éléments finis a été mise en place. 
Pour simuler le comportement mécanique des racines aortiques sous l'effet de la pression, la méthode des éléments finis a été utilisée, grâce au logiciel de simulation open-source Calculix. Les déformations pariétales induites par les conditions hémodynamiques ont été simulées pour des modèles de déformations élastiques linéaires selon deux zones de pression. Les déplacements prédits par le modèle numérique ont été comparés aux déplacements expérimentaux mesurés par le micro- CT. Les propriétés mécaniques des vaisseaux ont été identifiées et comparées à celles de la littérature. 
L'un des défis de cette thèse a été de déterminer les propriétés hyper-élastiques des vaisseaux sanguins à partir des paliers de pressions et de la déformation. La méthode a permis de conclure que le module de Young en faible pression avoisine les 0,6MPa, tandis que celui en forte pression se situe dans un intervalle entre 2,5 MPa et 5,6MPa. Ces résultats démontrent l'efficacité de la méthode développée pour caractériser les propriétés mécaniques de la racine aortique et soulignent l'importance de l'approche numérique dans la compréhension et la modélisation du comportement de la racine aortique. 

Mots clés : racine aortique, biomécanique, chirurgie cardiaque, courbe contrainte - déformation 

Jury

Pr Jean-Philippe Verhoye - Université de Rennes / Rapporteur                         

Pr Franck Nicoud - Université de Montpellier / Rapporteur

Pr Ismail El Hamamsy - Université Icahn School of Medicine at Mount Sinai - New York / Président 

Pr Lucile Houyel  - Université de Paris / Examinateur

Pr Julien Favier - Université de Aix-Marseille / Directeur de thèse

Pr Loïc Macé - Université de Aix-Marseille / Co-directeur de thèse