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An analytical approach is proposed to estimate and to compare the rotational vortices issued in the wake of square back geometry with and without porous medium. The approach is carried out for Reynolds numbers, determined from the size of pores, inferior than unity and for laminar Reynolds numbers determined from the friction length. The results show the importance of the permeability coefficient K for the value of the rotational transported from the interface of the porous medium., Une approche analytique est proposée pour estimer et comparer les rotationnels des structures tourbillonnaires émises dans le sillage de géométrie à culot droit avec et sans milieu poreux. L'approche s'effectue en considérant des écoulements plans pour des nombres de Reynolds rapportés à la taille des pores inférieurs à l'unité et des nombres de Reynolds, rapportés à la longueur frottante, caractéristiques des écoulements laminaires sur plaque plane. Les résultats montrent l'importance du coefficient de perméabilité K dans la valeur du rotationnel émis à l'interface du milieu poreux.

International audience; Multidisciplinary optimisation (MDO) of the outboard engine pylon of a large transonic transport aircraft is reported in this paper. The disciplines involved were structure and aerodynamics, although this paper focuses on the aerodynamic aspect. A two-level strategy was followed to solve this problem: three parameters are identified as playing a coupling role between disciplines and are addressed at a higher level. Remaining parameters are discipline-specific and can be optimized separately at a lower level. For each discipline, a sampling of the high-level design space is realised and each sample is optimised at the lower-level. A Kriging based surrogate model is then built to model lower level behaviour. Finally, gathering the information from the surrogate models of each discipline allows to derive the multidisciplinary optimum. This approach offers the opportunity to use advanced discipline-specific design methods. This is illustrated in this work by the use of RANS discrete adjoint equations to compute the gradient of the objective function during aerodynamic shape optimisations. Validation work on this state-of-the-art numerical method was carried out and is also presented.

International audience; Cet ouvrage présente un état de l’expérimentation dans le domaine de l’aérodynamique, l’importance de cette discipline restant primordiale pour la conception des véhicules aériens et terrestres, pour la production d’énergie, pour les moteurs, pour la tenue au vent des bâtiments et pour bien d’autres domaines. L’aérodynamique intéresse non seulement l’amélioration des performances des véhicules et leur confort mais aussi la réduction des nuisances qu’ils engendrent. L’ouvrage fournit une information actualisée sur les moyens expérimentaux et techniques mis en œuvre par les aérodynamiciens, ingénieurs et chercheurs. Les divers types de souffleries - du subsonique à l’hypersonique - sont décrits, en présentant les problèmes posés par leur conception et exploitation. Une large place est donnée à la métrologie qui a connu une véritable révolution en permettant d’accéder à une connaissance précise et locale des propriétés d’un écoulement. Cette avancée spectaculaire est à mettre en parallèle avec les progrès dans le domaine de la simulation numérique des écoulements (CFD). Les développements en cours pour bâtir une méthodologie associant expériences et simulations numériques sont présentés : il s’agit de la SAO ou Soufflerie Assistée par Ordinateur. Enfin, on propose un bilan de la situation actuelle de l’aérodynamique expérimentale à partir d’une vision prospective de cette discipline et d’une définition des problèmes auxquels elle se trouvera confrontée dans les années à venir.

Le transport de vélos par des particuliers sur de longues distances se fait actuellement principalement en voiture. De nombreux systèmes permettant d’attacher des vélos à l’extérieur d’un véhicule existent sur le marché, ainsi que des housses de protection pour préserver ceux-ci des intempéries. La société SnakeSkin, fondée par M. Floymont et M. Théate, prévoit de concevoir et produire des housses de protection de vélo haut de gamme pour leur transport en voiture. Ayant déjà un prototype (figure 1), ils sont intéressés à l’étude du transport d’un vélo de course muni d’une de leurs bâches, attaché à un porte-vélo venant se fixer sur le dispositif d’attelage de la voiture. Leur but est de pouvoir quantifier les efforts que subit le porte-vélo, ainsi que d’avoir une estimation de la traînée additionnelle que provoque le transport de ce vélo bâché. Ce mémoire vise donc à calculer les forces et moments en jeu, et à analyser l’influence qu’ont plusieurs paramètres choisis sur ces efforts. Premièrement la distance entre le vélo et la voiture. Les porte-vélos sur le marché ont souvent plusieurs positions disponibles pour fixer le vélo. Quel impact la distance entre la voiture et le vélo a-t-elle ? Trois positions sur le porte-vélo ont été mesurées sur un modèle existant et sont étudiées. Ensuite la vitesse de la voiture : Comment la diminution de celle-ci impacte-t-elle les forces subies par le vélo et la voiture ? Enfin à quel point le modèle de la voiture influence-t-il les résultats ? L’étude s’est penchée sur trois types de véhicules différents : — Un SUV (Audi SQ5 2013). — Une citadine (VW Golf 2016) — Une berline (Toyota Corolla 2016) Afin d’étudier l’écoulement autour des corps que sont la voiture et la housse de protection, des simulations en deux dimensions ont tout d’abord été réalisées avec le logiciel ANSYS Fluent. Peu chères en temps de calcul, elles permettent une première étude des efforts en jeu par unité de profondeur. Des simulations en trois dimensions ont ensuite été produites avec le même logiciel. Celles-ci sont beaucoup plus coûteuses mais elles produisent des résultats beaucoup plus réalistes Master [120] : ingénieur civil mécanicien, Université catholique de Louvain, 2017

International audience; L’évaluation des pathologies de la voix repose traditionnellement sur l’analyse perceptive considérée comme la référence du bilan orthophonique. Ses limites ont incité à la recherche d’une méthode qui pourrait la compléter de manière quantitative (Giovanni, 1996). Les limites de la méthode perceptive allèguent la nécessité de mesurer la dysphonie en termes de physiopathologie témoignant ainsi de la nature multidimensionnelle de la voix (Ghio, 2012). L’évaluation instrumentale visant à quantifier le degré de dysphonie regroupe ainsi un ensemble de mesures acoustiques et aérodynamiques (Yu, 2001). Notre objectif actuel est d’établir le lien entre les mesures relatives aux mécanismes phonatoires et les correspondances perceptives. En d’autres termes, comment un jury d’écoute analyse-t- il une voix dont les caractéristiques sont déjà mesurées ? La population de notre étude inclut 42 femmes âgées, de 19 à 83 ans dont le diagnostic ORL est bien éta bli, et deux groupes de contrôles de 27 et de 50 femme s âgées de 38 à 81 ans. L’échelle de perception GRB d’Hirano est utilisée pour l’évaluation perceptive, par un jury d’écoute expert, sur un corpus de lecture. Les mesures acoustiques et aérodynamiques s ont obtenues avec le système EVA2 à partir de voyelles tenues et séries de [papapa]. Les résultats montrent que les paramètres objectifs ont pu séparer notre population en deux groupes distincts, patients et contrôles. Les corrélations entre les dimensions perceptives (G, R et B) et les mesures objectives ne sont que faiblement pertinentes : le critère B est le plus corrélé avec le coefficient de variation de la fréquence fondamentale avec 28% contre 16 % avec le Temps Max de Phonation et le critère G a été le plus corrélé avec le signal ratio >1 khz (50%). Il est important de noter que ces corrélations ne sont pas nécessairement obtenues par des régressions linéaires mais aussi par des transformations de données sous la forme de fonctions logarithmiques. L’étude de la pertinence des mesures en fonction des différentes pathologies incluses dans l’étude n’a pas permis d’établir des groupes de pathologies bien distingués. Quant à la perception, le critère G a été le plus corrélé avec la classe de pathologie regroupant notamment les nodules, avec 66%. Les liens entre perception de la dysphonie et mesures instrumental es restent encore difficiles à obtenir. Une meilleure sélection de la populati on ainsi que l'amélioration des méthodes d'enregistrement apportera ient un élément de réponse.

International audience; Up until the twentieth century, fluid mechanics was characterised by a strong division between theory and practice. The formulas of mathematicians and physicists were difficult to apply experimentally and their relevance was neither well accepted nor well understood by engineers. In France, where priority was given to the theoretical aspects of this subject, the creation of several centres of fluid mechanics in the 1930s (Lille, Marseille, Paris and Toulouse) represented an attempt at a rapprochement between fluid mechanics, experimental aerodynamics, and hydrodynamics. The aim was to re-establish France's international profile, which had been lost after 1918. In Lille, the leadership of the “Institut de mécanique des fluides” (IMFL) was entrusted to Jospeh Kampé de Fériet, who was able to address questions of both theoretical and experimental nature in the context of his work at the IMFL and at the “Commission de la turbulence atmosphérique”. On the one hand, Kampé de Fériet used a probabilistic approach to give greater mathematical rigour to the statistical theory of turbulence due to Taylor–von Kármán. On the other hand, he played an active part in his group's experimental research on atmospheric turbulence. This paper aims to show in what way Kampé de Fériet's approach to fluid mechanics enabled him to contribute to the international development of the statistical theory of turbulence during the interwar period.; Jusqu'au XXe siècle, la mécanique des fluides est caractérisée par une forte coupure entre théorie et pratique. Les formules des mathématiciens et des physiciens sont difficilement applicables sur le plan expérimental, leurs contributions sont mal comprises et mal acceptées par les ingénieurs. Dans le contexte français, qui donne la priorité aux aspects théoriques de ce domaine, la création des instituts de mécanique des fluides (Lille, Marseille, Paris et Toulouse) pendant les années 1930 représente une tentative de rapprochement entre la mécanique des fluides, l'hydrodynamique et l'aérodynamique expérimentales. Le but était de redonner à la France le rôle international qu'elle avait perdu depuis 1918. À Lille, la direction de l'institut de mécanique des fluides (IMFL) a été confiée à Joseph Kampé de Fériet. Ce mathématicien était capable d'aborder des questions à la fois théoriques et expérimentales dans le cadre de l'IMFL et de la Commission de la turbulence atmosphérique. D'un côté, il utilise une approche probabiliste pour donner une certaine rigueur mathématique à la théorie statistique de la turbulence de Taylor–von Kármán ; de l'autre, il prend activement part aux recherches expérimentales sur la turbulence atmosphérique de son équipe. Cet article vise à montrer de quelle façon son approche de la mécanique des fluides lui permet de participer à l'évolution internationale de la théorie statistique de la turbulence pendant l'entre-deux-guerres.

International audience; An enhanced goal-oriented mesh adaptation method is presented based on aerodynamic functional total derivatives with respect to mesh nodes in a Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) finite-volume mono-block and non-matching multi-block-structured grid framework. This method falls under the category of methods involving the adjoint vector of the function of interest. The contribution of a Spalart–Allmaras turbulence model is taken into account through its linearization. Meshes are adapted accordingly to the proposed indicator. Applications to 2D RANS flow about a RAE2822 airfoil in transonic, and detached subsonic conditions are presented for the drag coefficient estimation. The asset of the proposed method is patent. The obtained 2D anisotropic mono-block mesh well captures flow features as well as global aerodynamic functionals. Interestingly, the constraints imposed by structured grids may be relaxed by the use of non-matching multi-block approach that limits the outward propagation of local mesh refinement through all of the computational domain. The proposed method also leads to accurate results for these multi-block meshes but at a fraction of the cost. Finally, the method is also successfully applied to a more complex geometry, namely, a mono-block mesh in a 3D RANS transonic flow about an M6 wing.; Une méthode d'adaptation de maillage ciblée est présentée. Elle est basée sur la dérivée totale des fonctions aérodynamiques par rapport aux coordonnées de maillage pour les équations Navier-Stokes (RANS) dans le contexte de simulations aérodynamiques volumes-finis avec des grilles mono-bloc ou multi-blocs non-coïncidentes. Cette méthode entre dans la catégorie des méthodes basées sur le vecteur adjoint discret. La contribution du modèle de turbulence de Spalart–Allmaras est prise en compte dans la linéarisation. Les maillages sont adaptés selon l'indicateur proposé. Une application à deux écoulements bi-dimensionnels autour du profil RAE2822 (condition transsonique et condition subsonique avec détachement) avec calcul de la traînée est présentée. L'efficacité de la méthode est bien démontrée sur ce cas. Le maillage mono-bloc anisotrope résultant de l'adaptation capture les zones critiques de l'écoulement et calcule bien la fonction aérodynamique d'intérêt. La contrainte de maillage liée au caractère structuré des grilles est relâchée grâce à des maillages multi-blocs non-coïncidents qui limitent la propagation des zones raffinées vers la frontière infini. La méthode proposée permet de nouveau d'obtenir des estimations de fonctions précises pour une fraction stricte du coût d'un raffinement global. Finalement, la méthode est aussi appliquée avec succès à un écoulement transsonique autour de l'aile ONERA M6..

There are different kinds of satellites that offer different services like communication, navigationor observation. They are put into orbit through the use of launchers whose design is oneof the main activities of Airbus Defence and Space. Relying on experiments is not easy : windtunnel cannot be used to evaluate every critical situation that a launcher will face during itsmission. Numerical simulation is therefore mandatory for spatial industry.In order to have more reliable simulations, more computational power is needed and supercomputersare used. Those supercomputers become more and more complex and this impliesto adapt existing codes to make them run efficiently. Nowadays, it seems important to rely onabstractions in order to ensure a good portability of performance. Airbus Defence and Spacedeveloped for more than 20 years the FLUSEPA code which is used to compute unsteady phenomenalike take-off blast wave or stage separation. The aerodynamic solver relies on a finitevolume formulation and an explicit temporal adaptive solver. Bodies in relative motion are takeninto account through the use of multiple meshes that are overlapped.This thesis is about the parallelization of the FLUSEPA code. At the start of the thesis,the only parallel version available was in shared memory through OpenMP. A first distributedmemory version was realized and relies on MPI and OpenMP. The performance improvementof this version was evaluated on two industrial test cases. A task-based demonstrator of theaerodynamic solver was also realized over a runtime system.; Les satellites sont mis en orbite en utilisant des lanceurs dont la conception est une des activités principales d’Airbus Defence and Space. Pour ce faire, se baser sur des expériences n’est pas facile : les souffleries ne permettent pas d’évaluer toutes les situations auxquelles un lanceur est confronté au cours de sa mission. La simulation numérique est donc essentielle pour l’industrie spatiale. Afin de disposer de simulations toujours plus fidèles, il est nécessaire d’utiliser des supercalculateurs de plus en plus puissants. Cependant, ces machines voient leur complexité augmenter et pour pouvoir exploiter leur plein potentiel, il est nécessaire d’adapter les codes existants. Désormais, il semble essentiel de passer par des couches d’abstraction afin d’assurer une bonne portabilité des performances. ADS a développé depuis plus de 20 ans le code FLUSEPA qui est utilisé pour le calcul de phénomènes instationnaires comme les calculs d’onde de souffle au décollage ou les séparations d’étages. Le solveur aérodynamique est basé sur une formulation volume fini et une technique d’intégration temporelle adaptative. Les corps en mouvement sont pris en compte via l’utilisation de plusieurs maillages qui sont combinés par intersections.Cette thèse porte sur la parallélisation du code FLUSEPA. Au début de la thèse, la seule version parallèle disponible était en mémoire partagée. Une première version parallèle en mémoire distribuée a d’abord été réalisée. Les gains en performance de cette version ont été évalués via l’utilisation de deux cas tests industriels. Un démonstrateur du solveur aérodynamique utilisant la programmation par tâche au dessus d’un runtime a aussi été réalisé.

National audience; Le chuchotement est un mode vocal destiné à réduire l’intelligibilité à distance de la parole. La voix chuchotée suppose de produire la parole à un très faible volume sonore. Cette faible intensité de la parole chuchotée est atteinte par deux manœuvres : une baisse de la pression d’expiration de l’air pulmonaire et une neutralisation de la vibration des cordes vocales. Réduction de l’effort vocal et absence de voisement sont des conditions adverses à l’intelligibilité de la parole. Cependant nos travaux montrent que sur le plan de la production, acoustique et aérodynamique, les traces phonétiques associées au trait de voisement (permettant la distinction déSert’ vs ‘deSSert’ par exemple) sont maintenues en l’absence de toute vibration laryngée. Nous examinons alors comment ces traces peuvent être utilisées par les auditeurs pour la reconnaissance des mots chuchotés.

Le développement de l'aéronautique est fortement lié à la compréhension du mécanisme de création de la portance par une aile, phénomène physique permettant la sustentation d'un objet en mouvement dans l'air. Cependant, il est difficile de reproduire les conditions du vol lorsque l'on ne dispose pas de machines pouvant voler. Même lorsque l'aéronautique a permis la réalisation de tels engins, il reste essentiel de disposer d'installations expérimentales permettant de reproduire facilement des conditions de vol dans un environnement de laboratoire. Pour cela, différents dispositifs ont été imaginés au cours de l'histoire.

International audience; The present research addresses three issues in the phonetics of Hanoi Vietnamese: (i) What are the airflow characteristics of the obstruent-final rhymes? (ii) Rhymes with final nasal consonants /m/, /n/, /ŋ/ show no acoustic trace of the final nasal segment when they carry tone B2 (orthographic tone nặng); does the nasal airflow on these rhymes differ significantly from what is observed on obstruent-final rhymes (which, from a phonological point of view, do not have any nasal segment)? (iii) How often are nasal-final, glottally constricted rhymes followed by a nasal release, and is this release similar to the nasal release which has been reported for rhymes with final obstruents /p/, /t/, /k/? Nasal airflow measurements of 391 syllables read by one speaker (and supporting data from two other speakers) go to show that nasal airflow does not distinguish successfully between nasal-final rhymes carrying tone B2 and obstruent-final rhymes, and that unvoiced nasal release is more frequent after obstruents /p/, /t/, /k/ than after B2-tone rhymes ending in nasals. By contrast, simultaneously recorded oral airflow brings out a clear difference between these two sets of rhymes, confirming that voice quality plays a key role in maintaining the distinction between these rhymes, which are similar from the point of view of oral articulation.

La définition d'une grandeur physique, dont l'utilisation est aujourd'hui familière pour tout ingénieur ou toute personne qui s'intéresse à une discipline scientifique, résulte souvent d'une longue et lente maturation au cours du développement de ce domaine et de l'avancée des connaissances théoriques. L'usage des coefficients aérodynamiques est un exemple de cette évolution qui commença au milieu du XVIIIe siècle pour s'achever, avec une formulation définitivement admise par la communauté scientifique, au début des années 1920.

La présente contribution est une étude de l’influence du maillage et des schémas de discrétisation sur la solution numérique de l’écoulement tridimensionnel turbulent dans un cyclone dépoussiéreur (séparateur par effet cyclone). L’intérêt de l’étude de l’aérodynamique dans le cyclone est d’optimiser leur fonctionnement, c'est-à-dire d’augmenter leur efficacité de filtration, tout en minimisant l’énergie consommée pour générer l’écoulement de l’air qui est due à la chute de pression importante entre l’entrée et la sortie du séparateur. Des résultats, concernant la caractérisation du champ aérodynamique dans un cyclone dépoussiéreur, ont été obtenus à l’aide du code FLUENT. Les résultats du présent travail ont été comparés à ceux rapportés par SLACK [1] qui a utilisé un maillage hexaédrique et plusieurs modèles de turbulence. Les résultats ont été validés par des résultats expérimentaux publiés par Ayers et al [2].

Sensitivity analysis for the numerical simulation of external aerodynamics compressible flows with respect to the mesh discretization and to the model input parametric uncertainty has been addressed respectively 1- through adjoint-based gradient computation techniques and 2- through non-intrusive stochastic approximation methods based on sparse grids. 1- An enhanced goal-oriented mesh adaptation method based on aerodynamic functional total derivatives with respect to mesh coordinates in a RANS finite-volume mono-block and non-matching multi-block structured grid framework is introduced. Applications to 2D RANS flow about an airfoil in transonic and detached subsonic conditions for the drag coefficient estimation are presented. The asset of the proposed method is patent. 2- The generalized Polynomial Chaos in its sparse pseudospectral form and stochastic collocation methods based on both isotropic and dimension-adapted sparse grids obtained through an improved dimension-adaptivity method driven by global sensitivity analysis are considered. The stochastic approximations efficiency is assessed on multi-variate test functions and airfoil viscous aerodynamics simulation in the presence of geometrical and operational uncertainties. Integration of achievements 1- and 2- into a coupled approach in future work will pave the way for a well-balanced goal-oriented deterministic/stochastic error control., L'analyse de sensibilité pour la simulation numérique des écoulements compressibles en aérodynamique externe par rapport à la discrétisation de maillage et aux incertitudes liées à des paramètres d'entrées du modèle a été traitée 1- par le moyen des méthodes adjointes pour le calcul de gradient et 2- par approximations stochastiques non-intrusives basées sur des grilles creuses. 1- Une méthode d'adaptation de maillages goal-oriented basée sur les dérivées totales des fonctions aérodynamiques d'intérêt par rapport aux nœuds du maillage a été introduite sous une forme améliorée. La méthode s'applique au cadre de volumes finis pour des écoulements RANS pour des maillages mono-bloc et multi-bloc structurés. Des applications 2D pour des écoulements transsoniques ainsi que subsonique détaché atour d'un profil pour l'estimation du coefficient de traînée sont présentées. L'apport de la méthode proposée est vérifié. 2- Les méthodes du polynôme de chaos généralisé sous forme pseudospectrale creuse et de la collocation stochastique construite sur des grilles creuses isotropes et anisotropes sont examinées. Les maillages anisotropes sont obtenus par le biais d'une méthode adaptive basée sur l'analyse de sensibilité globale. L'efficacité des ces approximations est testée avec des fonctions test et des écoulements aérodynamiques visqueux autour d'un profil en présence d'incertitudes géométriques et opérationnelles. L'intégration des méthodes et aboutissements 1- et 2- dans une approche couplée permettrait de contrôler de façon équilibrée l'erreur déterministe/stochastique goal-oriented.

Accurate drag prediction is now of a major issue for aircraft designers. Its phenomenological sources need to be identified and quantified for an efficient design process. Far-field methods, which allow such phenomenological drag breakdown, are however restricted to steady flows. This study consists in developing a far-field drag prediction method aiming at a phenomenological breakdown of drag for unsteady flows. The first step has consisted in generalizing the steady formulation of Van der Vooren to unsteady flows, starting from a new rigorous proof. Axes for the improvement of the robustness and physical background have then been explored. Acoustic contributions have in particular been highlighted and quantified. The resulting five-components formulation has then been applied to simple cases, in order to validate as best as possible the phenomenological breakdown. The behavior of the drag components has proved to be consistent with the physics of the flow. Finally, the method has been applied to complex cases in order to demonstrate its capabilities: a 3-D case and a flow simulated by the ZDES method. In the future, it would be interesting to further improve the definition of the induced drag component, for example by using velocity-based formulations. As far as the application cases are concerned, the performance evaluation of a Counter-Rotating-Open-Rotor would strongly benefit from such a method. Unsteady optimization of one of the drag component could also be contemplated. Finally, applications in aeroelasticity or flapping flight would be an interesting perspective., L'estimation précise de la traînée est aujourd'hui un enjeu majeur pour les avionneurs. Il est nécessaire d'identifier et de quantifier ses sources phénoménologiques dans le cadre d'un processus de design efficace. Les méthodes champ lointain, qui permettent une telle décomposition, sont cependant limitées aux applications stationnaires.Cette étude consiste à développer une méthode d'extraction champ lointain destinée à permettre une décomposition phénoménologique de la traînée pour des écoulements instationnaires. La première étape a consisté à généraliser la formulation stationnaire de Van der Vooren aux écoulements instationnaires. Des axes pour l'amélioration de la robustesse et du contenu physique ont ensuite été explorés, avec la mise en évidence de phénomènes acoustiques. La formulation ainsi obtenue a ensuite été appliquée à des cas tests simples, dans le but de valider la décomposition phénoménologique. Le comportement des composantes de traînée s'est avéré cohérent avec la physique de l'écoulement. Enfin, la méthode a été appliquée à des cas complexes afin de démontrer ses capacités : un cas instationnaire 3D ainsi qu'un écoulement simulé en ZDES.Dans l'avenir, il serait intéressant de continuer à explorer la définition de la composante de traînée induite, par exemple en utilisant les formulations basées sur le vecteur vitesse. En ce qui concerne les cas d'application, l'évaluation de la performance d'un doublet d'hélices contra-rotatives pourrait fortement bénéficier de l'utilisation d'une méthode comme celle-ci. Enfin, des applications en vol d'ailes battantes pourraient être d'intéressantes perspectives.

Language learning requires specific muscle control of all organs that contribute to speech production. Voiced sounds production, which results from vocal folds self oscillation, is especially influenced by the whole phonatory apparatus, from diaphragm to lips. The general background of this thesis is the physical modeling of speech production and the objectives are motivated by a better comprehension of physical phenomena occurring in voiced sounds production. In the frame of this work, studies are focused on cases where speech production control is impaired, for example when the speaker suffers from an important hearing loss. In this situation, physical interactions can play an important role in speech production disorders emergence. The approach adopted here is first to observe the studied phenomena thanks to invivo measurements then to describe them thanks to theoretical models. Thereafter, the models are validated by comparing theoretical results with measurements performed on a replica of the phonatory apparatus. Finally, numerical simulations in the time domain, based on a two-mass model, allow to apply physical models to specific speech production occurrences.The first study deals with fundamental frequency jumps that are observed during an unvoluntary transition between two different laryngeal mechanisms in case of vowel production.Experimental and numerical results highlight that a transition between two different laryngeal mechanisms is a symptom of the laryngeal system bifurcation, and that such bifurcation occurs during a variation of the vocal folds stiffness, the subglottal pressure,the prephonatory glottal area or the acoustic resonators length. The theoretical models allow to simulate the fundamental frequency jumps that are observed experimentally. They are used to study the different motor strategies responsible for these frequency jumps.The second study deals with plosive consonants production, and in particular with the effectsof a vocal tract occlusion on voicing offset and onset. Simulations of vowel – voiceless plosive - vowel production highlight that passive expansion of the supraglottal cavity is responsible for the voicing extension after vocal tract closure, and that increase of the vocal tract length leads to a shorter delay between the vocal tract occlusion release and the voicing onset. These results highlight that the articulation plays an important role in voicing (voiced or voiceless) and in voice-onset-time value for a voiceless plosive., L’apprentissage du langage parlé nécessite un contrôle musculaire très précis des différents organes intervenant dans la production de la parole. La production de sons voisés, qui résulte de l’auto-oscillation des cordes vocales, est notamment influencée par l’ensemble du système phonatoire, du diaphragme jusqu’aux lèvres. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse s’inscrivent dans un contexte de modélisation physique de la parole. Les objectifs s’articulent autour de la compréhension des phénomènes physiques gouvernant la production de sons voisés. Les études sont appliquées à des cas pour lesquels le contrôle de la production est fortement altéré, lorsque le locuteur souffre de pertes auditives importantes. Dans ce cas de figure, les interactions physiques peuvent jouer un rôle important dans l’apparition de troubles de la production. La démarche adoptée consiste alors dans un premier temps à observer les phénomènes étudiés au moyen de mesures in vivo puis à proposer des modèles théoriques mécanique, aérodynamique et acoustique permettant de les décrire. Ensuite, les modèles sont validés en comparant avec des mesures réalisées sur une maquette de l’appareil phonatoire. Finalement,des simulations numériques temporelles basées sur un modèle à deux masses pour décrire le comportement mécanique des cordes vocales, permettent de tester les modèles physiques pour des cas concrets de production. La première étude se concentre sur les sauts de fréquence fondamentale qui accompagnent les transitions involontaires entre deux mécanismes laryngés lors de la production d’une voyelle. Les travaux expérimentaux et numériques montrent qu’une transition de mécanisme laryngé est la manifestation d’une bifurcation du système laryngé et que ces bifurcations se produisent lors d’une variation de la raideur des cordes vocales, de la pression sous-glottique, de l’aire glottique initiale ou bien de la longueur des résonateurs acoustiques. Les modèles théoriques permettent de reproduire les sauts de fréquence fondamentale observés expérimentalement. Ils sont utilisés pour étudier les différentes stratégies motrices responsables de ces sauts de fréquence. La deuxième étude porte sur la production de consonnes plosives, en particulier sur les effets de la réalisation d’une occlusion du conduit vocal sur l’arrêt puis l’apparition de l’oscillation des cordes vocales. Les simulations de séquences voyelle - plosive bilabiale non voisée (/p/)-voyelle effectuées montrent que l’expansion passive de la cavité supraglottique est à l’origine du maintien de l’auto-oscillation des cordes vocales après la fermeture du conduit vocal et que l’augmentation de la longueur du conduit vocal a pour effet de réduire le délai entre le relâchement de l’occlusion et l’apparition de l’oscillation des cordes vocales. Ces résultats impliquent que l’articulation joue un rôle considérable sur le mode de voisement (voisée ou non voisée) de la consonne et sur la valeur du Voice Onset Time pour une consonne plosive non voisée.

Language learning requires specific muscle control of all organs that contribute to speech production. Voiced sounds production, which results from vocal folds self oscillation, is especially influenced by the whole phonatory apparatus, from diaphragm to lips. The general background of this thesis is the physical modeling of speech production and the objectives are motivated by a better comprehension of physical phenomena occurring in voiced sounds production. In the frame of this work, studies are focused on cases where speech production control is impaired, for example when the speaker suffers from an important hearing loss. In this situation, physical interactions can play an important role in speech production disorders emergence. The approach adopted here is first to observe the studied phenomena thanks to invivo measurements then to describe them thanks to theoretical models. Thereafter, the models are validated by comparing theoretical results with measurements performed on a replica of the phonatory apparatus. Finally, numerical simulations in the time domain, based on a two-mass model, allow to apply physical models to specific speech production occurrences.The first study deals with fundamental frequency jumps that are observed during an unvoluntary transition between two different laryngeal mechanisms in case of vowel production.Experimental and numerical results highlight that a transition between two different laryngeal mechanisms is a symptom of the laryngeal system bifurcation, and that such bifurcation occurs during a variation of the vocal folds stiffness, the subglottal pressure,the prephonatory glottal area or the acoustic resonators length. The theoretical models allow to simulate the fundamental frequency jumps that are observed experimentally. They are used to study the different motor strategies responsible for these frequency jumps.The second study deals with plosive consonants production, and in particular with the effectsof a vocal tract occlusion on voicing offset and onset. Simulations of vowel – voiceless plosive - vowel production highlight that passive expansion of the supraglottal cavity is responsible for the voicing extension after vocal tract closure, and that increase of the vocal tract length leads to a shorter delay between the vocal tract occlusion release and the voicing onset. These results highlight that the articulation plays an important role in voicing (voiced or voiceless) and in voice-onset-time value for a voiceless plosive.; L’apprentissage du langage parlé nécessite un contrôle musculaire très précis des différents organes intervenant dans la production de la parole. La production de sons voisés, qui résulte de l’auto-oscillation des cordes vocales, est notamment influencée par l’ensemble du système phonatoire, du diaphragme jusqu’aux lèvres. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse s’inscrivent dans un contexte de modélisation physique de la parole. Les objectifs s’articulent autour de la compréhension des phénomènes physiques gouvernant la production de sons voisés. Les études sont appliquées à des cas pour lesquels le contrôle de la production est fortement altéré, lorsque le locuteur souffre de pertes auditives importantes. Dans ce cas de figure, les interactions physiques peuvent jouer un rôle important dans l’apparition de troubles de la production. La démarche adoptée consiste alors dans un premier temps à observer les phénomènes étudiés au moyen de mesures in vivo puis à proposer des modèles théoriques mécanique, aérodynamique et acoustique permettant de les décrire. Ensuite, les modèles sont validés en comparant avec des mesures réalisées sur une maquette de l’appareil phonatoire. Finalement,des simulations numériques temporelles basées sur un modèle à deux masses pour décrire le comportement mécanique des cordes vocales, permettent de tester les modèles physiques pour des cas concrets de production. La première étude se concentre sur les sauts de fréquence fondamentale qui accompagnent les transitions involontaires entre deux mécanismes laryngés lors de la production d’une voyelle. Les travaux expérimentaux et numériques montrent qu’une transition de mécanisme laryngé est la manifestation d’une bifurcation du système laryngé et que ces bifurcations se produisent lors d’une variation de la raideur des cordes vocales, de la pression sous-glottique, de l’aire glottique initiale ou bien de la longueur des résonateurs acoustiques. Les modèles théoriques permettent de reproduire les sauts de fréquence fondamentale observés expérimentalement. Ils sont utilisés pour étudier les différentes stratégies motrices responsables de ces sauts de fréquence. La deuxième étude porte sur la production de consonnes plosives, en particulier sur les effets de la réalisation d’une occlusion du conduit vocal sur l’arrêt puis l’apparition de l’oscillation des cordes vocales. Les simulations de séquences voyelle - plosive bilabiale non voisée (/p/)-voyelle effectuées montrent que l’expansion passive de la cavité supraglottique est à l’origine du maintien de l’auto-oscillation des cordes vocales après la fermeture du conduit vocal et que l’augmentation de la longueur du conduit vocal a pour effet de réduire le délai entre le relâchement de l’occlusion et l’apparition de l’oscillation des cordes vocales. Ces résultats impliquent que l’articulation joue un rôle considérable sur le mode de voisement (voisée ou non voisée) de la consonne et sur la valeur du Voice Onset Time pour une consonne plosive non voisée.

The aeroacoustic response of the orthogonal interaction of a rotating blade with an isolated vortex is studied by means of numerical simulation., La réponse aéroacoustique de l'interaction orthogonale entre une pale en rotation et un tourbillon isolé est étudiée par simulation numérique. Cette étude, réalisée dans un contexte de réduction du bruit des avions à hélices simples et contra-rotatives, doit permettre de mieux caractériser l'influence de la géométrie de la pale et des propriétés du tourbillon sur le bruit rayonné. L'analyse porte à la fois sur la réponse aérodynamique en champ proche et sur le rayonnement acoustique en champ lointain.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Outils essentiels à l’économie de nos sociétés, les camions ont vu leur consommation et émissions sonores diminuer fortement au cours des dernières décennies. Poursuivre cette réduction pose aujourd’hui de réels défis mécaniques aux constructeurs, qui sont à la recherche de solutions innovantes. Les frottements du moteur représentent encore 3,5 points de rendement pour un camion long-routier à 90 km/h sur du plat. Parmi les solutions les plus prometteuses pour continuer à diminuer ces pertes se trouvent l’amélioration de l’huile, la désactivation de cylindre, et le remplacement de paliers par des roulements à billes. Les frottements de l’air sur un camion long-routier représentent environ la moitié de la résistance à l’avancement. La réglementation est en train d’évoluer pour permettre aux constructeurs de proposer des formes de tracteurs et de remorques plus aérodynamiques. D’autres évolutions réglementaires seront nécessaires pour rendre possible des convois rapprochés (« platooning ») et des véhicules significativement plus longs. L’autre moitié de la résistance à l’avancement vient des pertes aux pneus. Depuis 2012, ils portent un label reflétant leur coefficient de roulement. Il reste du potentiel de réduction en optimisant la géométrie et l’alignement des pneus dans le convoi complet. La réduction du bruit fait l’objet d’une nouvelle série d’échéance réglementaire en Europe, qui amène les constructeurs à renforcer ses efforts sur les camions diesel. Sur certaines applications urbaines, le remplacement du moteur diesel par un moteur au gaz naturel ou électrique est proposé. Pour chacun ces quatre grands défis mécaniques, l’exposé donnera les contacts des leaders techniques chez Renault Trucks, ouverts à de nouvelles collaborations avec les laboratoires extérieurs pour améliorer les outils de simulation et explorer des solutions innovantes.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Les turbines haute pression comportent généralement des injections d'air secondaire, destinées à refroidir les pièces et à purger des cavités. Leur présence peut avoir un impact sur l'aérodynamique de la turbine. Le travail présenté consiste en une étude numérique instationnaire de l'aérodynamique d'un étage de turbine haute pression comportant une injection d'air à travers une fente axisymétrique au carter entre le stator et le rotor. Cette étude a été réalisée à l'aide du code elsA développé par l'Onera, et utilise la technique de recouvrement de maillages Chimère afin d'obtenir un maillage de qualité convenable malgré la complexité de la géométrie. Il a été trouvé que cette injection intéragissait fortement avec l'écoulement dans la veine. L'air de refroidissement est transporté radialement par le tourbillon de passage au carter du rotor, dont l'extension est augmentée. Les écoulements liés à la présence du jeu en tête de pale sont également fortement modifiés. Les instationnarités dans le rotor sont plus fortes en présence de l'injection. Cependant, l'effet observé sur le rendement est faible.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Ce travail présente la simulation numérique en régime permanent et la validation expérimentale de l'aérodynamique et de la thermique d'un véhicule à trois roues dont deux en avant et une roue motrice en arrière. La simulation numérique est basée sur la résolution des équations de conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de l'énergie en utilisant l'approche RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes). Le rayonnement thermique est modélisé grâce à la méthodes S2S (Surface to Surface) qui suppose que le milieu séparant les deux surfaces rayonnantes, ici de l'air, ne participe pas au processus du rayonnement. Les échangeurs de chaleur sont considérés comme des milieux poreux orthotropes où la perte de pression est calculée en fonction de leurs propriétés inertielle et visqueuse; leur dissipation thermique est modélisée par la méthode Dual flow. Une première validation de l'aérodynamique est faite grâce à des essais en soufflerie. Et ensuite, une deuxième validation de l'aérodynamique et de la thermique quant à elle, est faite grâce à des essais routier.

Le premier MOOC de l’ISAE-SUPAERO “introduction à la mécanique du vol”, s’est déroulé du 26 janvier au 26 avril 2015. Quels enseignements peut-on en tirer ? Après en avoir rappelé les objectifs et le public initialement visé, nous présenterons les méthodes pédagogiques retenues et les choix techniques de production de contenu. En nous appuyant sur les données recueillies pendant la navigation et sur les échanges des forums, nous chercherons à comprendre qui étaient les apprenants, quels ont été leur comportement d’internaute et leur démarche d’apprentissage. Nous essaierons enfin de tirer les principaux enseignements de cette expérience et quelques facteurs clefs de succès d’un MOOC. The first ISAE-SUPAERO MOOC “introduction to flight mechanics”, has been de-livered from January 26th to April 26th 2015. What lessons can we draw from this experience ? After a word on the objectives and the audience targeted, we will introduce the pedagogical methodology chosen as well as the technical means used to actually produce contents. Relying on the data gathered from students navigation events as well as forum discussions, we will determine who were actually our students, what kind of behaviour they adopted when browsing the contents available, and what was their learning path. Eventually, we will extract the main lessons learned from this experiment and try to determine some success factors for a MOOC.

The hypersonic laminar to turbulent transition problem above Mach 10 is addressed experimentally in the short duration VKI Longshot gun tunnel. Reentry conditions are partially duplicated in terms of Mach and Reynolds numbers. Pure nitrogen is used as a test gas with flow enthalpies sufficiently low to avoid its dissociation, thus approaching a perfect gas behavior. The stabilizing effects of Mach number and nosetip bluntness on the development of natural boundary layer disturbances are evaluated over a 7 degrees half-angle conical geometry without angle of attack. Emphasis is initially placed on the flow characterization of the Longshot wind tunnel where these experiments are performed. Free-stream static pressure diagnostics are implemented in order to complete existing stagnation point pressure and heat flux measurements on a hemispherical probe. An alternative method used to determine accurate free-stream flow conditions is then derived following a rigorous theoretical approach coupled to the VKI Mutation thermo-chemical library. Resulting sensitivities of free-stream quantities to the experimental inputs are determined and the corresponding uncertainties are quantified and discussed. The benefits of this different approach are underlined, revealing the severe weaknesses of traditional methods based on the measurement of reservoir conditions and the following assumptions of an isentropic and adiabatic flow through the nozzle. The operational map of the Longshot wind tunnel is redefined accordingly. The practical limits associated with the onset of nitrogen flow condensation under non-equilibrium conditions are also accounted for. Boundary layer transition experiments are then performed in this environment with free-stream Mach numbers ranging between 10-12. Instrumentation along the 800mm long conical model includes flush-mounted thermocouples and fast-response pressure sensors. Transition locations on sharp cones compare favorably with engineering correlations. A strong stabilizing effect of nosetip bluntness is reported and no transition reversal regime is observed for Re_RN, Doctorat en Sciences de l'ingénieur, info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le numérique révolutionne la façon de travailler, de collaborer, de communiquer ; il devait nécessairement transformer en profondeur la manière d’enseigner. L’ISAE-SUPAERO, acteur majeur du domaine de la formation aéronautique et spatiale au niveau national et international, accorde une place importante à l’innovation pédagogique pour l’ensemble des formations proposées. Dans ce contexte, le numérique constitue une opportunité permettant de diversifier les méthodes d’apprentissage utilisées dans les différentes formations ainsi que de former les étudiants à un usage professionnel de ces outils. L’essor des MOOCs au sein de l'établissement redessine peu à peu l’accès à la connaissance aéronautique et spatiale, pour qu'au-delà de nos propres étudiants, les salariés, les futurs étudiants et tous les passionnés d’aéronautique et d’espace puissent bénéficier du savoir-faire et de l'expertise de l'ISAE-SUPAERO. Pour son premier MOOC, l’ISAE-SUPAERO a décidé de poser la question simple et universelle : « Comment vole un avion ? » et d’y répondre par le « MOOC-Avion : introduction à la mécanique du vol ». Cet article propose un retour d’expérience sur la réalisation et la mise en œuvre de ce projet.

There is a growing interest to design convertible aerial vehicles that can hover like helicopters and fly forward efficiently like airplanes. This thesis is devoted to the conception, modeling, and control of such a convertible mini-UAV (Unmanned Aerial Vehicle). The main contributions of this work are threefold. Firstly, we design a novel UAV structure by adding to each side of a quadrotor one wing that can rotate around an axis belonging to the propellers' plane. Our prototype has many advantages over existing convertible structures: simple mechanical concept since inspired by a classical quadrotor, flexibility for selecting different components (wings, propellers), flexibility for the control design, etc. Secondly, we provide an energy modeling of this type of convertible UAVs, taking into account their characteristics as compared to full-scale helicopters (large variation of aerodynamic forces, performance degradation at low Reynolds number, etc.). Finally, as for the control design, the degrees of freedom of the wings permit the decoupling between propellers and wings' orientations. This greatly enhances the control flexibility as compared to traditional aircraft. Relying on this feature, several control approaches are proposed. In particular, using a specific geometrical design, we show that an efficient control of our UAV can be obtained without air-velocity measurements. Simulation results confirm the soundness of our control design even in the presence of strong and varying wind. En route to validate the theory, a mechanical prototype of the UAV was constructed in our laboratory and preliminary flight tests were performed.; Cette thèse concerne les drones dits "convertibles", qui allient capacité au vol stationnaire et efficacité énergétique en vol de croisière. Les principales contributions de ce travail comportent trois volets. D'abord, nous concevons une nouvelle structure de drone en ajoutant de chaque côté d'un quadrirotor une aile qui peut pivoter autour d'un axe appartenant au plan des hélices. Notre prototype a de nombreux avantages par rapport aux structures convertibles existantes: conception mécanique simple car dérivée d'un quadrirotor classique, flexibilité pour le montage de différents composants (ailes, hélices), etc. Deuxièmement, nous proposons une modélisation énergétique de ce type de drone convertible, en tenant compte de ses caractéristiques par rapport aux hélicoptères avec pilote à bord (grande variation des forces aérodynamiques, dégradation des performances à faible nombre de Reynolds, etc.). Finalement, concernant la conception de la commande, les degrés de liberté des ailes permettent le découplage entre les orientations des hélices et celle des ailes. Cela augmente considérablement les possibilités de contrôle par rapport aux aéronefs traditionnels. S'appuyant sur cette caractéristique, plusieurs approches de contrôle sont proposées. En particulier, en utilisant une conception géométrique spécifique, nous montrons qu'un contrôle efficace peut être obtenu sans mesures de la vitesse air. Les résultats de simulation confortent cette stratégie de contrôle, même en présence de vent fort et variable. Afin de valider la théorie, un prototype mécanique du drone a été construit dans notre laboratoire et des essais en vol préliminaires ont été effectués.

This thesis deals with several dynamic situations involving drops hanging on fibers, in total wetting. Such drops can be found during the industrial process of glass wool manufacturing, as liquid glue is projected onto glass fibers in order to bind them and form the thermal insulator.In the first part, we study the spontaneous evolution of a liquid junction between two wires : a wetting drop makes the wires align and approach, and we characterize the dynamics and magnitude of these capillary interactions.Besides, a drop placed in the wedge between two fibers spreads in the corner, whereas an excess of liquid placed at the intersection spreads in the opposite direction until it reaches a spacing close to the fiber radius. We calculate this critical distance and observe it inside glass wool, revealing the possible spreading of industrial binder before it dries. The influence of elasticity is discussed.In the second part, we propose two ways to induce drop displacement. First of all, an electrostatic field between a conductive fiber and a counter electrode leads to the irreversible spreading of an insulating drop when the electricoverpressure exceeds the capillary overpressure. We model the dynamics of this dielectrophoretic spreading asa Marangoni effect. Secondly, a transversal air flow can induce the continuous motion of the drop in a random direction if the Reynolds number exceeds a critical value, at which point the wake becomes asymmetric. We model the dynamics of this translation as a viscous entrainment of the drop by the main vortex of the wake.The interactions between vortices are responsible for long-range repulsion between drops, their rebonds over solid obstacles and their capture by a downstream obstacle.; On considère dans cette thèse plusieurs situations dynamiques concernant des gouttes accrochées à des fibres,en mouillage total. Ces gouttes funambules se rencontrent au moment de la fabrication industrielle de laine de verre quand la colle projetée à l’état liquide lie les fibres de verre composant l’isolant thermique.Dans une première partie, nous étudions l’évolution spontanée d’une jonction liquide entre deux fils : une goutte mouillante aligne et attire les fibres qu’elle connecte et nous caractérisons la dynamique et l’intensité de ces interactions capillaires. En outre, si deux fibres se recentrent avec un angle aigu, une goutte à leur intersection s’étale dans le coin tandis qu’un excès de liquide progressera en sens inverse entre les fibres jusqu’au point où leur espacement est de l’ordre de leur rayon. Nous calculons cette distance critique et l’observons au sein de la laine de verre, révélant l’étalement possible du liant industriel avant séchage. L’influence de l’élasticité des fibres est discutée.Dans une seconde partie, nous proposons deux méthodes forçant le déplacement d’une goutte funambule isolée.Premièrement, un champ électrostatique établi entre une fibre conductrice et une contre-électrode provoque l’étalement irréversible d’une goutte isolante lorsque la surpression électrostatique l’emporte sur la surpression capillaire. Nous modélisons la dynamique de cet étalement diélectrophorétique comme un effet Marangoni. Deuxièmement,un flux d’air transverse à la fibre induit un mouvement de la goutte dans un sens aléatoire si le nombre de Reynolds associé dépasse la valeur critique où le sillage devient asymétrique. Nous modélisons la dynamique de cette translation comme un effet d’entraînement visqueux de la goutte par le tourbillon principal du sillage,alors que les interactions entre tourbillons expliquent la répulsion à longue distance entre plusieurs gouttes, leurs rebonds sur des obstacles solides ou leur capture par un obstacle placé en aval de l’écoulement.

Production of voice during vocal effort has been studied mainly in terms of the subglottic pressure and derivatives formulas during the production of vowels. The study of the production of consonants seems essential to integrate vocal effort in the general framework of hyperarticulation proposed by Lindblom (1990): the use of a "loud" or "clear" voice is accompanied by an increase in various indices of speech intelligibility, especially the contrast between voiced and unvoiced consonants which is the subject of this work. However, indirect methods, being inapplicable here, we conducted a pilot study using the principle of transtracheal direct measurement of subglottic pressure on the lead author of the study. We studied on the same speaker during the same session, 6 successive productions of a series of non-words including the contrast f / v in 12 different vowel contexts and 4 categories of speech (threshold, modal, clear, loud). The productions were performed randomly. Our goal was to show that in loud voice and in clear voice there was an enhancement of the voicing contrast manifested by the increase of the difference of transglottal gradient (TGP) between voiced and unvoiced consonants. SGP, OAF, IOP, Fo, Int, spectrum has been recorded simultaneously using the EVA® device (SQ-Lab, France). Our results are fully consistent with our hypothesis. For sample, on non-word /avafa/ , difference between /f/ and /v/ in TGP is 1.2 hPa at threshold, 2.5 hPa in modal voice, 4 hPa in clear voice and 9 hPa in loud voice. Other results are consistent as well. These results demonstrate that the use of a "clear" voice (that aims to improve intelligibility in certain circumstances) is based on a more energetic process than the modal voice comparable to the loud voice. They confirm that vocal effort must be integrated into a unified approach of speech production and cannot be considered independently. These preliminary results should be confirmed by studies on various normal and pathological subjects.

Flow separations around moving bodies lead to detrimental effects such as aerodynamic performances loss, structural fatigue and noises production. The understanding of these phenomena remains one of the most challenging issue of modern fluid dynamics. A promising solution to improve aerodynamic performances relies on the development of flow control devices able to prevent or mitigate the effects of separation. One can distinguish the passive flow control strategy, with easy to use devices but unable to adapt to the flow changes, from the active flow control strategy which benefits from a great adaptability but requires external power supply. Self-adaptive flow control appears to be a good compromise between those two strategies. Inspired from mechanisms at play in Nature, it combines good aerodynamic performances, self-adaptability and self-sustainability. This PhD thesis is dedicated to the experimental investigation of the turbulent flow over a bluff-body controlled by means of bio-inspired devices. The objective is two-folds : i. Design the control device which consists of a couple of compliant flaps, ii. Identify the physical mechanisms governing the interactions between the flow and the devices. A great number of complementary measurement techniques have been used in order to achieve these objectives. The efficiency of the devices for different configurations – locked and self-adaptive flaps - has been demonstrated through a parametric study. It has led to the identification of the main parameters involved in the control mechanism. The flow characterization around and in the wake of both uncontrolled and controlled cylinder revealed an increase in the length of the recirculation region and the reduction of the wake width. One of the major findings of this study is that the control essentially modifies the turbulent velocity field leading to a reduction of the lateral flow entrainment in the wake of the obstacle., Les décollements autour d’un corps en mouvement sont à l’origine de détériorations des performances aérodynamiques, de fatigues structurelles ou de nuisances sonores. La compréhension de ces phénomènes reste encore aujourd’hui l’un des enjeux majeurs de la recherche en aérodynamique. Le développement de systèmes permettant de contrôler l’écoulement et d’altérer ou de réduire les décollements apparaît comme une solution prometteuse en vue d’améliorer les performances aérodynamiques. On distingue les systèmes de contrôles passifs, simples d’utilisation mais incapables de s’adapter aux modifications de l’écoulement, des systèmes actifs qui disposent d’une grande adaptabilité mais nécessitent un apport extérieur d’énergie pour fonctionner. La stratégie du contrôle auto-adaptif s’apparente à un compromis entre ces deux méthodes. En s’inspirant de mécanismes présents dans la nature, elle permet d’associer amélioration des performances aérodynamiques, adaptabilité et autonomie. Ce travail de thèse porte sur l’étude expérimentale du contrôle du sillage turbulent d’un corps épais à l’aide d’actionneurs bio-inspirés avec un double objectif : i. déterminer les paramètres optimaux du dispositif de contrôle qui prend la forme d’un couple de volets flexibles, ii. Identifier les mécanismes physiques d’interactions entre l’actionnement et l’écoulement. Pour mener à bien cet objectif, de nombreux instruments de mesure complémentaires ont été mis en oeuvre. Une étude paramétrique a permis de démontrer l’efficacité du dispositif pour différentes configurations (fixes et auto-adaptatives) et d’identifier des configurations d’intérêt. La caractérisation de l’écoulement autour et dans le sillage du cylindre carré sans et avec contrôle a révélé un allongement de la longueur de recirculation à l’arrière du cylindre et la réduction de l’expansion du sillage. L’un des résultats majeurs de l’étude est que la réduction de traînée obtenue est principalement liée à une action du système sur l’anisotropie des fluctuations de l’écoulement et plus particulièrement sur l’entrainement du fluide dans le sillage de l’obstacle.

Il est souvent difficile d’attacher le nom d’une personne à la fondation d’une nouvelle discipline scientifique, car cette dernière résulte de l’évolution de domaines déjà établis. Il en est ainsi de l’aérodynamique, branche de la mécanique des fluides dont les bases remontent aux travaux de Newton, Bernoulli, Euler et d’Alembert. Elle s’intéresse à l’étude du mouvement de corps dans l’air et, dès son origine, est directement liée au développement de l’aéronautique. Cependant, on peut raisonnablement considérer que George Cayley est le véritable initiateur de l’aérodynamique à travers des approches théoriques, expérimentales et la conception d’aéronefs qui permirent la réussite des premiers vols planés en 1849 et 1853.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; La réduction des émissions du dioxyde de carbone dans les transports terrestres oriente les recherches actuelles vers des solutions d'allègement pour diminuer pertes d'énergie liées à l'inertie du véhicule et vers des solutions de réduction des pertes aérodynamiques. En aérodynamique, les solutions d'optimisation de formes liées au profil des véhicules contribuent à la réduction de Cx pour atteindre des valeurs de l'ordre de 0,3. Une solution pour réduire cette valeur serait d'accentuer les effets de forme en déployant des appendices sur route au-dessus de 70km/h. Les volets pilotés derrière les entrées d'air sont dans cette catégorie. Ils apportent un gain de Cx de l'ordre de 3%, équivalent à une réduction d'émission de CO2 de 1g/km sur un cycle NEDC. Dans cette présentation, nous regarderons certains principes d'actionnement adaptés au déploiement sous efforts aérodynamiques de ces surfaces et décrirons les problèmes rencontrés pour appliquer les solutions envisagées dans un environnement fortement contraint. L'ouverture à des actionneurs moins conventionnels permettra de vérifier si ceux-ci sont compatibles avec les niveaux d'effort nécessaires.

Production of voice during vocal effort has been studied mainly in terms of the subglottic pressure and derivatives formulas during the production of vowels. The study of the production of consonants seems essential to integrate vocal effort in the general framework of hyperarticulation proposed by Lindblom (1990): the use of a "loud" or "clear" voice is accompanied by an increase in various indices of speech intelligibility, especially the contrast between voiced and unvoiced consonants which is the subject of this work. However, indirect methods, being inapplicable here, we conducted a pilot study using the principle of transtracheal direct measurement of subglottic pressure on the lead author of the study. We studied on the same speaker during the same session, 6 successive productions of a series of non-words including the contrast f / v in 12 different vowel contexts and 4 categories of speech (threshold, modal, clear, loud). The productions were performed randomly. Our goal was to show that in loud voice and in clear voice there was an enhancement of the voicing contrast manifested by the increase of the difference of transglottal gradient (TGP) between voiced and unvoiced consonants. SGP, OAF, IOP, Fo, Int, spectrum has been recorded simultaneously using the EVA® device (SQ-Lab, France). Our results are fully consistent with our hypothesis. For sample, on non-word /avafa/ , difference between /f/ and /v/ in TGP is 1.2 hPa at threshold, 2.5 hPa in modal voice, 4 hPa in clear voice and 9 hPa in loud voice. Other results are consistent as well. These results demonstrate that the use of a "clear" voice (that aims to improve intelligibility in certain circumstances) is based on a more energetic process than the modal voice comparable to the loud voice. They confirm that vocal effort must be integrated into a unified approach of speech production and cannot be considered independently. These preliminary results should be confirmed by studies on various normal and pathological subjects.

National audience

This experimental work concerns a sensitivity study of the in-cylinder flow in a spark-ignition engine and of the cycle to cycle variations (CCV) by comparing three variations of boundary conditions related to the optimisation of air filling conditions. In the reference case, the three dimensional tumble flow is characterized during the intake and compression phases. A earlier intake cam phase increases the mass flow rate at inlet valves and amplifies the fluctuations immediately after the start of intake phase. The tumble ratio is much lower at mid-compression phase. The fluctuating energy at top dead center is reduced. A longer engine stroke leads, at the end of compression phase, to a shift of mean flow and to a very distinct evolution of the fluctuating velocity, due to the different confinement from the point of view of the engine internal flow. Finally, the modification of intake duct design changes the flow intensity and reorganizes in depth the flow structure. Moreover, to describe the transfer into turbulence, two methodologies of classification in groups of flow structures, by spatial correlation then by clustering, are proposed. A phase-averaged analysis of the statistics of group content and inter-group transitions shows that CCV can be associated with different sets of trajectories during the second half of the compression phase. The conditional statistics are computed to analyse the data in each group, which leads to a triple decomposition. It is important to point out that this more accurate evaluation of CCV is applicable to very large sets of experimental or numerical data., Ce travail concerne l’étude expérimentale de la sensibilité de l’écoulement du mo- teur et de ses variations cycle à cycle (VCC) à trois variations des conditions aux limites liée à l’optimisation du remplissage moteur. Dans la configuration standard, l’écoulement tridimensionnel de rouleau (« tumble ») est décrit pendant les phases d’admission et de com- pression. Un phasage plus précoce de la loi de levée d’admission augmente le débit de masse aux soupapes et amplifie les fluctuations dès le début de l’admission. L’intensité du rouleau est beaucoup plus faible à phase mi-compression. L’énergie fluctuante au point mort haut est plus faible. Une course rallongée du moteur conduit, en fin de compression, à un bas- culement de l’écoulement moyen et à une évolution très différente des vitesses fluctuantes, due au confinement différent vue par l’aérodynamique du moteur. Enfin, la modification des conduits d’admission entraîne une variation de l’intensité et une structuration fondamen- talement différente de l’écoulement. En outre, pour décrire le transfert vers la turbulence, deux méthodologies de classification des structures de l’écoulement en groupe par corrélation spatiale, puis par « clustering » sont adaptées. L’analyse statistique du contenu des différents groupes et des transitions entre groupes permet de montrer que les VCC sont associées à différentes trajectoires dans l’espace des groupes. Des statistiques conditionnelles sont calcu- lées pour analyser les données de chaque groupe et permettent de définir une décomposition triple. Ces caractérisations plus précises des VCC sont très générales et applicables à des grandes bases de données expérimentales ou numériques.

International audience; Cet article raconte la vie de Martin Peter à la soufflerie Eiffel de Paris.

A new exergy-based formulation is derived for the assessment of the aerothermopropulsive performance of civil aircraft. The choice of exergy is motivated by its ability to provide a well-established and consistent framework for the design of aerospace vehicles. The output of the derivation process is an exergy balance between the exergy supplied by a propulsion system or by heat transfer, the mechanical equilibrium of the aircraft, and the exergy outflow and destruction within the control volume. The theoretical formulation is subsequently numerically implemented in a Fortran code named ffx for the post-processing of CFD-RANS flow solutions. Unpowered airframe configurations are examined with grid refinement studies and a turbulence model sensitivity analysis is performed. A numerical correction is introduced and calibrated to obtain an accuracy similar to the near-field drag method. The code is thereby validated against well-tried methods of drag prediction and wind-tunnel tests, when available.The investigation of powered configurations demonstrates the ability of the approach for assessing the performance of configurations with aerothermopropulsive interactions. First, the formulation is validated for the simple case of a turbojet engine for which consistent figures of merit are exhibited. The method is also proved robust for assessing the overall performance of a boundary layer ingesting propulsion system placed on the upper surface of a simplified blended wing-body architecture. Moreover, this configuration enables the investigation of thermopropulsive interactions by the transfer of heat upstream of the propulsion system. Subsequently, the integration of a heat exchanger on a commercial aircraft is examined for which the exergy point of view provides guidelines for an efficient design. The ability of the formulation to consistently assess all these types of subsystems is a clear benefit of this method.; Une nouvelle formulation basée sur la notion d’exergie est introduite pour la détermination des performances aéro-thermo-propulsives des avions civils. Le choix du concept d’exergie est motivé par sa capacité à fournir un cadre de travail bien établi pour la conception de véhicules aérospatiaux. Les performances avions sont établies à partir d’une équation bilan qui met en relation l’exergie fournie, par un système propulsif ou par transfert de chaleur, l’équilibre mécanique de l’appareil, et sa destruction partielle dans le volume de contrôle. Cette formulation théorique est ensuite implémentée numériquement dans un code Fortran, appelé ffx, pour le post-traitement de solutions CFD-RANS. Des configurations non propulsées sont étudiées avec raffinement de maillage et une analyse de la sensibilité du code au modèle de turbulence employé pour obtenir la solution CFD est réalisée. Le code est ainsi validé par rapport à des méthodes éprouvées de détermination de la traînée et à des essais en soufflerie, si disponibles.L’approche est ensuite appliquée pour la détermination des performances de configurations propulsées présentant de fortes interactions aéro-thermo-propulsives. Dans un premier temps, la cohérence de la formulation est validée pour un turbojet pour lequel des indicateurs de performances cohérents sont obtenus. La méthode est également prouvée robuste pour l’analyse des performances globales de l’ingestion de couches limites par un moteur placé à l’arrière d’une aile volante simplifiée. Cette architecture permet également l’étude des interactions thermopropulsives lors d’un transfert de chaleur imposé en amont du système propulsif. Enfin, l’intégration d’un échangeur de chaleur sur un avion commercial est examinée pour en déduire des recommandations pour une conception efficace d’un point de vue exergétique. La capacité de la formulation à pouvoir traiter de façon cohérente ces différents types de sous-systèmes est le principal avantage de cette méthode.

Improving the performance of current aeronautical turbines is an important issue in a context of severe economical and environmental constraints. In a turbofan, the inter-turbine channel which is located between the High-Pressure (HP) turbine and the first Low Pressure (LP) vane is characterized by a complex flow. Therefore aerodynamic structures coming from the HP turbine (wakes, vortices and showkwaves) strongly interact between each other and affect the LP vane flow field. This generates efficiency losses of the overall configuration. This PhD thesis aims at studying the aerodynamic phenomena between a HP turbine and the first LP vane and at analyzing the mechanisms creating aerodynamic losses. A previous experimental campaign, which was carried out on a facility including a HP turbine coupled to a LP vane, enabled to gather flow field measurements in planes located in the inter-turbine channel and downstream of the LP vane. In comparison with these experimental data, the numerical simulations done with elsA software intend to reproduce accurately the 3D, unsteady and turbulent nature of the flow within this configuration. The work can be divided into three mains steps. As a first step, steady simulations with a sliding mesh treatment enable to understand the general aspects of the flow. An assessment of the effects of RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) turbulent predictions and of spatial numerical schemes on the aerodynamic structures present in the configuration is carried out. As a second step, the advanced turbulence approach ZDES (Zonal Detached-Eddy Simulation) is considered for the LP vane flow prediction. The unsteady aerodynamic structures coming from the upstream HP rotor are set as an inlet boundary condition of the computational domain. The ZDES approach is compared to a URANS (Unsteady RANS) approach on the same computational domain. The generation and dissipation of the wakes and vortices are significantly different on the two simulations, and thus impact the creation of aerodynamic losses. Finally, URANS simulations enable to better understand the interaction effects between the different blade rows. First, the unsteady phase-lagged approaches that take into account a single rotor and stator assess the important unsteady effects in the inter-turbine channel. They finally lead to the implementation of a multipassages phase-lagged computation that takes into account the two stators and the rotor in order to model all the existing determinist interactions. In order to quantify them accurately, a modal decomposition of the unsteady flow field is set up. The interaction levels linked to the different blade rows are therefore quantified and the impact of the aerodynamic losses is evaluated., L’amélioration des performances des turboréacteurs actuels est un enjeu crucial dans un contexte de contraintes économiques et environnementales fortes. Au sein du turboréacteur, le canal inter-turbines, localisé à l’interface entre la turbine Haute Pression (HP) et le premier distributeur Basse Pression (BP), est le siège d’écoulements très complexes. Ainsi, les structures aérodynamiques issues de la turbine HP (sillages, tourbillons et ondes de choc) interagissent fortement entre elles et impactent l’écoulement du distributeur BP, engendrant ainsi des pertes de rendement de l’ensemble de la configuration. Ce travail de thèse s’attache à étudier les phénomènes d’interactions aérodynamiques entre une turbine HP et le premier distributeur BP et à analyser les mécanismes à l’origine des pertes aérodynamiques dans le distributeur BP. Une campagne expérimentale antérieure, réalisée sur un banc d’essai comprenant une turbine HP couplée à un distributeur BP, avait permis de recueillir des mesures de l’écoulement dans des plans situés dans le canal inter-turbines et à l’aval du distributeur BP. En lien avec ces résultats expérimentaux, les simulations numériques menées dans cette étude avec le logiciel elsA s’attachent à restituer précisément la nature tridimensionnelle, instationnaire et turbulente de l’écoulement au sein de cette même configuration. Ces travaux se développent alors en trois étapes principales. Dans un premier temps, une étude stationnaire avec traitement plan de mélange permet de comprendre et quantifier les aspects généraux de l’écoulement. Une évaluation de l’effet de la modélisation turbulente RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) et du schéma numérique spatial sur les structures aérodynamiques présentes dans la configuration est réalisée. Dans un deuxième temps, une modélisation turbulente avancée de type ZDES (Zonal Detached-Eddy Simulation) est employée pour la résolution de l’écoulement dans le distributeur BP. Les structures aérodynamiques instationnaires issues de la roue HP amont sont modélisées par une condition limite à l’entrée du domaine de calcul. L’approche ZDES est comparée à une approche Unsteady RANS (URANS) sur la même configuration. La formation et la dissipation des sillages et des tourbillons est significativement différente entre les deux modélisations, ce qui impacte de manière importante la génération des pertes aérodynamiques. Enfin, des simulations URANS de plusieurs configurations permettent de mieux comprendre les effets d’interaction entre les différentes rangées d’aubes. Ainsi, les approches instationnaires chorochroniques prenant en compte un seul rotor et un seul stator évaluent des effets instationnaires importants dans le canal inter-turbines. Ces approches conduisent à la mise en oeuvre d’un calcul sur une configuration multipassages-chorochronique prenant en compte les deux stators et le rotor afin de modéliser complètement les interactions déterministes existantes. Afin de quantifier celles-ci avec précision, une décomposition modale du champ instationnaire est mise en place. Les niveaux d’interactions liées aux différentes roues sont alors quantifiés et l’impact sur les pertes aérodynamiques est évalué.

This work deals with an experimental study about the aerodynamic behaviour of real cable sheaths. It focuses on the impact of surface irregularity of smooth and rough sheaths on critical flow. The first step consists of macroscopic and microscopic surface characterization of cable sheaths before proceeding to full scale wind tunnel testing. The results show strong spatial correlation of the circularity defect, unlike the roughness which is not correlated. The tools developed and used in this work (proper orthogonal decomposition, bifurcation diagram) demonstrate the impact of the circularity defect on the bistable phenomenon which is associated to dry galloping of stay cables. This influence is characterized by the enhancement of temporal and spatial correlation of the bi-stability along the cables. By using the same tools, the energy of eigen modes with respect to bi-stability was evaluated on inclined and noninclined cable configuration. Additionally, these experiments show some similarities between the aerodynamic behaviour of rough and smooth sheaths.; Ce travail a pour objet l'étude expérimentale du comportement aérodynamique de gaines réelles de haubans de ponts. L'étude s'est focalisée sur l'impact des défauts de surface sur le régime d'écoulement critique autour de gaines lisses et autour d'une gaine avec listel. La première étape a consisté à caractériser l'état de surface macroscopique et microscopique de ces gaines avant de procéder à une étude en soufflerie à échelle réelle. Les résultats démontrent une forte corrélation spatiale du défaut de circularité à la différence de la rugosité qui n'est pas corrélée. Les outils mis en place au cours de cette thèse (décomposition orthogonale aux valeurs propres, diagramme de bifurcation) ont mis en évidence l'influence de ce défaut de circularité sur le phénomène bistable associé au galop sec des câbles inclinés. Cette influence est caractérisée par une augmentation de la corrélation temporelle et spatiale du phénomène bistable le long du câble. Ces mêmes outils ont permis d'évaluer les énergies des modes propres relatifs à la bi-stabilité dans le cas des câbles inclinés et non-inclinés. En outre, ces essais ont mis en évidence des similitudes entre le comportement aérodynamique de gaines lisses et avec listel.

Physics tends to understand the world and to find the laws which govern it. Physics of Sports consists in observing with a physicist’s eye the phenomena which happen on the fields. These fields are wide and this study is built on several points which capture our attention : - records sports : to understand the records of speed or strength sports, we focus on muscle contraction mechanisms. We extract the dynamics of a simple gesture at Bench Press and understand it through simple mechanics laws and microscopic model of muscle contraction. - badminton trajectories : we solve the equations of motion of a particle which undergoes gravity and aerodynamic drag (proportional to the velocity sqaure, for high Reynolds numbers) and extract an analytical expression of the range. At each time the launching velocity is higher than the terminal velocity (which is the constant velocity of vertical falling of the projectile under gravity and drag), one observes a Tartaglia triangular shape of the trajectory. It is the case for most of sports balls, for fireworks, for firemen water jets, for cannonballs... For all these trajectories, the range saturates with the initial velocity : even if you hit stronger, the ball will not go further. We show several applications of this property. For exemple in sport, as there is no use to play on a field which is larger than the useful length, the size of sports fields is bound to be linked to the maximal range of the associated ball, from table tennis to golf. - balls impacts : we study soccer kicks and focus on the way of kicking the ball. The toe poke is said to be more efficient than the push pass. We perform experiments which show that the ball velocity does not depend on the shape of the impactor, but only on the velocity of kicking. We then discuss some ways to enhance the impactor velocity by using joints or elasticity of the launcher.; La Physique est la science qui cherche à comprendre le monde extérieur et à identifier les lois qui le régissent. La Physique du Sport consiste à observer des phénomènes qui se produisent sur un terrain de sport avec un œil de physicien. Son champ est très vaste et cette thèse est construite sur plusieurs thèmes qui ont attiré notre attention : - les sports à records : pour comprendre les records dans les sports de force ou de vitesse, nous nous sommes intéressés aux mécanismes de la contraction musculaire. L’étude de la dynamique de lever au développé couché, couplée à un modèle microscopique du muscle nous permet d’identifier les caractéristiques musculaires d’un athlète à partir d’un mouvement macrosco- pique. - les trajectoires triangulaires au badminton : nous avons résolu les équations du mouvement (avec une traînée proportionnelle au carré de la vitesse), et obtenu une équation analytique de la portée du projectile. Dans tous les cas où la vitesse initiale du projectile est supérieure à sa vitesse terminale (la grande majorité des ballons de sports, les feux d’artifice, les jets de lances à incendie, les boulets de canons...), la trajectoire est semblable à celle du volant du badminton, et la portée sature avec la vitesse initiale. Une conséquence en sport est que la taille des terrains, fixée empiriquement, est proportionnelle à la portée maximale de chaque sport, qui dépend uniquement des caractéristiques du bal- lon utilisé. Et cela est vrai de la table de tennis de table au parcours de golf. - les impacts de balles : nous avons étudié la frappe du ballon au foot et essayé de comprendre pourquoi une frappe du pointu est plus efficace qu’un plat du pied, comme les joueurs l’affirment. Nous avons montré que la vitesse du ballon est indépendante de la forme de l’impacteur, seule la vitesse du pied compte. Nous avons ensuite essayé de comprendre quelles straté- gies étaient employées en sport pour augmenter la vitesse de la balle et notamment l’effet élastique de la raquette de badminton lors d’un smash.

Lors des phases de vol à basse vitesse et à forte incidence, les effets d’installation motrice sont pilotés par une dynamique tourbillonnaire complexe, instationnaire et en interaction pariétale forte. Il en résulte en particulier, à la jonction du mât réacteur et de la voilure, l’apparition d’un tourbillon de type trombe qui est advecté proche de l’extrados de la voilure. Son interaction avec la couche limite d’extrados a tendance à dégrader les performances aérodynamiques de l’aile et peut favoriser son décrochage prématuré. Dans ces conditions de vol, l’écoulement autour de l’installation motrice est alors régi par la concomitance de décollements locaux, d’interactions tourbillon / couche limite et tourbillon / tourbillon, ainsi que le développement d’instabilités telles que l’éclatement tourbillonnaire, le tout en présence d’un gradient de pression défavorable imposé par la voilure. Les travaux menés au cours de cette thèse visent dans un premier temps, par une recherche bibliographique ciblée, à identifier et à analyser les mécanismes tourbillonnaires imposés par la présence d’une installation motrice proche de voilure afin d’améliorer la compréhension de leur impact sur les performances aérodynamiques de l’avion. Une attention particulière est portée sur l’analyse des phénomènes d’interaction tourbillon / couche limite qui se produisent sur l’extrados de la voilure. En se basant sur les formes tri-dimensionnelles complexes d’un avion de transport commercial, une simplification géométrique du système Nacelle/Mât/Voilure est proposée. Dans certaines conditions d’angle d’incidence et de dérapage, cette géométrie de référence permet de reproduire une dynamique tourbillonnaire analogue à celle rencontrée sur un avion. Plus spécifiquement, l’accent est porté sur la capacité de cette géométrie à générer un tourbillon de type trombe. Sur cette base, les travaux menés au cours de cette thèse s’intéressent ensuite à caractériser l’influence de modifications locales de la forme du mât sur cette dynamique tourbillonnaire, et notamment sur le tourbillon de type trombe naissant à la jonction mât/voilure. Afin de répondre à ces objectifs, deux approches complémentaires de la mécanique des fluides sont mises en œuvre : d’une part, une approche numérique menée à travers des calculs chimères stationnaires et instationnaires de types RANS et URANS; d’autre part une approche expérimentale conduite par le biais d’essais en soufflerie mettant en œuvre des visualisations par enduit pariétal ainsi que de la PIV bi-composante et stéréoscopique. Une cartographie exhaustive de l’écoulement est ainsi obtenue autour de la géométrie de référence et des différents effets de forme. Combiné à un algorithme de suivi des structures cohérentes, les phénomènes tourbillonnaires en interaction pariétale forte sont alors précisément caractérisés. En l’absence de dérapage, l’écoulement autour de la géométrie de référence en incidence est symétrique. Deux structures tourbillonnaires contra-rotatives, générées de part et d’autres des flancs du mât simplifié sont advectés sur l’extrados de la voilure. Cette topologie d’écoulement, partiellement connue de la littérature, a en partie permis de valider les méthodes expérimentales et numériques mises en place ici. La mise en dérapage de la géométrie en incidence complique l’écoulement et permet de restituer une organisation tourbillonnaire analogue à celle rencontrée sur un avion réel, avec en particulier la génération d’un tourbillon trombe. Le bon accord des résultats expérimentaux et numériques, et la complémentarité des méthodes ont ainsi apporté des éléments de réponse sur les mécanismes à l’origine des décollements locaux d’extrados, qui favorise le décrochage prématuré de la voilure. At low speed/high angle of attack flight conditions, the presence of the powerplant installation under the wing initiates a complex and unsteady vortical flow field at the nacelle/pylon/wing junctions. In particular, it results the occurrence of a tornado-like vortex on the pylon crest which is advected close to the upper wing. The interaction of this vortical flow with the upper wing boundary layer causes a drop of aircraft performances and can promote a premature stall mechanism. In this flight conditions, the flow field around the engine installation is led by the concomitance of local boundary layer separations, vortex-wall and vortex-vortex interactions, instabilities like vortex breakdown as well as a strong adverse pressure gradient imposed by the wing. First, thanks to a targeted bibliographic research the present thesis work aims at identify and analyse the vortical flow field imposed by the presence of the engine installation close to the wing, in order to have a more comprehensive knowledge of the complex physics. So, it is initially proposed to simplify the nacelle/pylon/wing configuration of a real transport aircraft by isolating some fundamental mechanisms responsible for this vortical physics, highly designsensitive. In certain conditions of angle of attack and side-slip angle, this simplified geometry is able to recover this particular vortex dynamics interacting with the upper wing boundary layer. Second, based on this previous work, the influence of different local changes of pylon design as well as the influence of the swept wing on the vortex dynamics, and more particularly on the tornado-like vortex are characterised. In order to fulfil these objectives, this thesis work relies on Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS) and unsteady Reynolds Averaged Navier Stokes (URANS) computations, oil flow visualizations and stereoscopic Particle Image Velocimetry (3C-PIV) measurements. An exhaustive cartography of the flow field is then obtained around the simplified geometry and the different design effects. The vortex dynamics thus produced is described in terms of vortex core position, intensity, size, tangential velocity and fluctuating intensity thanks to a vortex tracking approach. Without side-slip angle, the flow field around the simplified geometry at incidence is symmetric and is characterized by the separation and the longitudinal rolling-up of the cylinder boundary layer into two main counter-rotating vortices distributed on both sides of the cylinder. This vortical topology, partially known in the literature, enables to validate numerical and experimental methods used here. With a certain side-slip angle, the analysis of the simplified geometry brought to light a more complex vortex dynamics, close to a real aircraft in high-lift flight conditions. This analysis, obtained from the computations and the PIV measurements, highlights the influence of the tornado-like vortex initiated at the pylon/wing junction on the separation process of the boundary layer near the upper wing leading-edge, which can lead to the premature stall mechanism.

Le chinois possède des consonnes rétroflexes qui n'existent que dans environ 11% des langues du monde (Maddieson 1984). Par rapport à d'autres (kanadda de l'Inde et namtrik de Colombie) qui possèdent aussi ces consonnes, nous pouvons nous demander si elles sont produites avec des stratégies articulatoires similaires ou différentes. Beaucoup de chercheurs ont essayé de mettre en lumière cette problématique, par exemple Ladefoged & Wu (1984). Les limites techniques de ces études et les données acquises n'ont jusqu'à présent pas encore permis de résoudre cette question. Notre étude vise à expliquer cette problématique avec des techniques plus modernes et plus précises. Ladefoged & Wu (1984) ont travaillé sur les consonnes fricatives et les affriquées du mandarin. La technique qu'ils ont utilisée était la photographie rayon X, mais pas la cinéradiographie. Pour obtenir les contours, il fallait donc que le sujet maintienne les différentes étapes de la production pour réaliser des recherches photographiques de la production. Il était donc très difficile dans ces conditions d'obtenir des données précises sur les différentes phases de l'articulation des rétroflexes du mandarin. Ce travail utilise la technique des ultrasons qui donnent des images du contour de la langue. Cela permet aussi de suivre l'évolution temporelle des mouvements de la langue et de ses différentes parties (apex, dorsum, racine). En Chine, la technique des ultrasons n'est pas encore bien répandue dans le domaine d'étude de la phonétique. Ce travail est complété par des analyses aérodynamiques et acoustiques.

As a collaborative task between Michelin and ONERA, this thesis aims to investigate the complex unsteady 3D flow around car wheels and to identify the mechanisms of drag production linked to this part of the car thanks to URANS unsteady numerical simulations using ONERA's Navier-Stokes code elsA The wheels (i.e. rims and tyres) are indeed a promising research topic in the field of car aerodynamics. The part of the total drag due to the wheels and wheelhouses is indeed estimated between 20% and 40%. The first step towards wheel optimisation is to achieve full understanding of the aerodynamic phenomena produced around them. The analysis of the flow for three types of tyres (smooth, rough, grooved), both around isolated wheels and around a simplified vehicle, brings further understanding of the flow physics. This work completes previous studies in this field thanks to the description of basic flows around smooth wheels and the study of unsteady effects. It describes the arrangement of vortical structures around an isolated wheel and around the front and rear wheels of a simplified vehicle. Moreover, the analysis of the flow unsteadiness facilitates understanding of the flow dynamics by highlighting the generation of the main vortices and the interaction phenomena with the car body. The validation of numerical models is performed with specific experiments by Michelin on both an isolated wheel and a vehicle configuration. Finally, the use of different tyres shows their ability to modify both space and time characteristics of the whole flow, thus modifying the power dissipated by the car drag and the rotation moment of the wheels., Cette thèse, collaboration entre Michelin et l'ONERA, propose de mettre en œuvre des simulations instationnaires URANS grâce au code Navier-Stokes elsA de l'ONERA en vue d'analyser l'écoulement complexe 3D instationnaire se développant au voisinage des roues d'un véhicule et d'identifier les mécanismes à l'origine de la production de traînée. En effet, les roues (jantes et pneumatiques) constituent un nouvel axe de recherche prometteur en aérodynamique automobile car on estime de 20% à 40% la contribution des roues et passages de roues à la traînée totale. Cependant, leur optimisation nécessite en premier lieu une compréhension complète des phénomènes aérodynamiques mis en jeu. Les analyses spatio-temporelles menées sur roue isolée et sur véhicule pour trois types de pneumatiques (lisse, rugueux, avec sillons) apportent de nouveaux éléments de compréhension sur la physique de l'écoulement. Ce travail répond notamment aux limites principales des études précédentes grâce à la description de l'écoulement sur des géométries de référence incluant des pneumatiques déformés lisses et grâce à l'étude de l'instationnarité. Les analyses spatiales permettent de décrire l'organisation des structures tourbillonnaires sur roue isolée puis autour des roues avant et arrière d'un véhicule simplifié. Les analyses temporelles facilitent quant à elles la compréhension de la dynamique de l'écoulement par la mise en évidence de la génération des tourbillons et des mécanismes d'interaction avec la carrosserie. Des validations expérimentales sont effectuées à la fois sur roue isolée et sur véhicule en soufflerie. Enfin, l'utilisation de plusieurs types de pneumatiques démontre leur capacité à modifier les caractéristiques spatio-temporelles de l'ensemble de l'écoulement et à jouer ainsi sur la puissance dissipée par le véhicule via la traînée et le moment de rotation des roues.

As a collaborative task between Michelin and ONERA, this thesis aims to investigate the complex unsteady 3D flow around car wheels and to identify the mechanisms of drag production linked to this part of the car thanks to URANS unsteady numerical simulations using ONERA's Navier-Stokes code elsA The wheels (i.e. rims and tyres) are indeed a promising research topic in the field of car aerodynamics. The part of the total drag due to the wheels and wheelhouses is indeed estimated between 20% and 40%. The first step towards wheel optimisation is to achieve full understanding of the aerodynamic phenomena produced around them. The analysis of the flow for three types of tyres (smooth, rough, grooved), both around isolated wheels and around a simplified vehicle, brings further understanding of the flow physics. This work completes previous studies in this field thanks to the description of basic flows around smooth wheels and the study of unsteady effects. It describes the arrangement of vortical structures around an isolated wheel and around the front and rear wheels of a simplified vehicle. Moreover, the analysis of the flow unsteadiness facilitates understanding of the flow dynamics by highlighting the generation of the main vortices and the interaction phenomena with the car body. The validation of numerical models is performed with specific experiments by Michelin on both an isolated wheel and a vehicle configuration. Finally, the use of different tyres shows their ability to modify both space and time characteristics of the whole flow, thus modifying the power dissipated by the car drag and the rotation moment of the wheels.; Cette thèse, collaboration entre Michelin et l'ONERA, propose de mettre en œuvre des simulations instationnaires URANS grâce au code Navier-Stokes elsA de l'ONERA en vue d'analyser l'écoulement complexe 3D instationnaire se développant au voisinage des roues d'un véhicule et d'identifier les mécanismes à l'origine de la production de traînée. En effet, les roues (jantes et pneumatiques) constituent un nouvel axe de recherche prometteur en aérodynamique automobile car on estime de 20% à 40% la contribution des roues et passages de roues à la traînée totale. Cependant, leur optimisation nécessite en premier lieu une compréhension complète des phénomènes aérodynamiques mis en jeu. Les analyses spatio-temporelles menées sur roue isolée et sur véhicule pour trois types de pneumatiques (lisse, rugueux, avec sillons) apportent de nouveaux éléments de compréhension sur la physique de l'écoulement. Ce travail répond notamment aux limites principales des études précédentes grâce à la description de l'écoulement sur des géométries de référence incluant des pneumatiques déformés lisses et grâce à l'étude de l'instationnarité. Les analyses spatiales permettent de décrire l'organisation des structures tourbillonnaires sur roue isolée puis autour des roues avant et arrière d'un véhicule simplifié. Les analyses temporelles facilitent quant à elles la compréhension de la dynamique de l'écoulement par la mise en évidence de la génération des tourbillons et des mécanismes d'interaction avec la carrosserie. Des validations expérimentales sont effectuées à la fois sur roue isolée et sur véhicule en soufflerie. Enfin, l'utilisation de plusieurs types de pneumatiques démontre leur capacité à modifier les caractéristiques spatio-temporelles de l'ensemble de l'écoulement et à jouer ainsi sur la puissance dissipée par le véhicule via la traînée et le moment de rotation des roues.

The buffeting is a phenomenon that can affect various parts of the aircraft creating problems of structural fatigue or comfort as well as limiting the flight envelope. It is hence important to understand this phenomenon in order to be able to better predict it. Four types of buffeting are studied in this thesis, the horizontal tail plane buffeting, the wing lower surface buffeting, the APF buffeting and the wing upper surface buffeting. The first part of the thesis describes the physics of these phenomena based on the information collected in the literature and analysis of different wind tunnel test campaign data. This section highlights the unsteady characteristics of each buffeting phenomenon. The second part presents the state of the art of the buffeting prediction, showing not only the difficulties associated with previous modelling methods but also the benefits of the use of certain tools such as CFD to better understand these phenomena. Finally, the third part presents the new semi-empirical model based on coherence functions and developed to butter predict the different types of buffeting. A validation of this model was performed on various wind tunnel tests campaigns giving very good results for most of the analysed phenomena., Le tremblement est un phénomène qui touche diverses parties de l'avion, pouvant créer des problèmes de fatigue structurelle ou de confort et limiter l'enveloppe de vol. Il est par conséquent important de comprendre ce phénomène afin de mieux le prévoir. Quatre types de tremblement sont étudiés dans cette thèse, le tremblement de l'empennage horizontal, le tremblement intrados voilure, le tremblement de l'AFP et le tremblement de l'extrados voilure. La première partie du mémoire détaille la physique de ces phénomènes à partir d'informations recueillies dans la littérature et de l'analyse de différentes campagnes d'essais en soufflerie. Cette partie met ainsi en évidence les caractéristiques instationnaires propres à chaque type de tremblement. La deuxième partie présente l'état de l'art sur la prévision du tremblement, permettant de montrer non seulement les défauts associés aux méthodes antérieures de modélisation mais également les avantages de l'utilisation de certains outils comme l'approche numérique pour mieux comprendre ces phénomènes. Finalement, la troisième partie présente le nouveau modèle semi-empirique basé sur les fonctions de cohérence et développé pour mieux représenter les phénomènes de tremblement étudiés. Une validation de ce modèle a été effectuée sur les différentes campagnes d'essais en soufflerie, donnant des résultats probants pour la plupart des phénomènes étudiés.

Le tremblement est un phénomène qui touche diverses parties de l'avion, pouvant créer des problèmes de fatigue structurelle ou de confort et limiter l'enveloppe de vol. Il est par conséquent important de comprendre ce phénomène afin de mieux le prévoir. Quatre types de tremblement sont étudiés dans cette thèse, le tremblement de l'empennage horizontal, le tremblement intrados voilure, le tremblement de l'APF et le tremblement de l'extrados voilure. La première partie du mémoire détaille la physique de ces phénomènes à partir d'informations recueillies dans la littérature et de l'analyse de différentes campagnes d'essais en soufflerie. Cette partie met ainsi en évidence les caractéristiques instationnaires propres à chaque type de tremblement. La deuxième partie présente l'état de l'art sur la prévision du tremblement, permettant de montrer non seulement les défauts associés aux méthodes antérieures de modélisation mais également les avantages de l'utilisation de certains outils comme l'approche numérique pour mieux comprendre ces phénomènes. Finalement, la troisième partie présente le nouveau modèle semi-empirique basé sur les fonctions de cohérence et développé pour mieux représenter les phénomènes de tremblement étudiés. Une validation de ce modèle a été effectuée sur les différentes campagnes d'essais en soufflerie, donnant des résultats probants pour la plupart des phénomènes étudiés. The buffeting is a phenomenon that can affect various parts of the aircraft creating problems of structural fatigue or comfort as well as limiting the flight envelope. It is hence important to understand this phenomenon in order to be able to better predict it. Four types of buffeting are studied in this thesis, the horizontal tail plane buffeting, the wing lower surface buffeting, the APF buffeting and the wing upper surface buffeting. The first part of the thesis describes the physics of these phenomena based on the information collected in the literature and analysis of different wind tunnel test campaign data. This section highlights the unsteady characteristics of each buffeting phenomenon. The second part presents the state of the art of the buffeting prediction, showing not only the difficulties associated with previous modelling methods but also the benefits of the use of certain tools such as CFD to better understand these phenomena. Finally, the third part presents the new semi-empirical model based on coherence functions and developed to better predict the different types of buffeting. A validation of this model was performed on various wind tunnel tests campaigns giving very good results for most of the analysed phenomena.

A new exergy-based formulation is derived for the assessment of the aerothermopropulsive performance of civil aircraft. The choice of exergy is motivated by its ability to provide a well-established and consistent framework for the design of aerospace vehicles. The output of the derivation process is an exergy balance between the exergy supplied by a propulsion system or by heat transfer, the mechanical equilibrium of the aircraft, and the exergy outflow and destruction within the control volume. The theoretical formulation is subsequently numerically implemented in a Fortran code named ffx for the post-processing of CFD-RANS flow solutions. Unpowered airframe configurations are examined with grid refinement studies and a turbulence model sensitivity analysis is performed. A numerical correction is introduced and calibrated to obtain an accuracy similar to the near-field drag method. The code is thereby validated against well-tried methods of drag prediction and wind-tunnel tests, when available.The investigation of powered configurations demonstrates the ability of the approach for assessing the performance of configurations with aerothermopropulsive interactions. First, the formulation is validated for the simple case of a turbojet engine for which consistent figures of merit are exhibited. The method is also proved robust for assessing the overall performance of a boundary layer ingesting propulsion system placed on the upper surface of a simplified blended wing-body architecture. Moreover, this configuration enables the investigation of thermopropulsive interactions by the transfer of heat upstream of the propulsion system. Subsequently, the integration of a heat exchanger on a commercial aircraft is examined for which the exergy point of view provides guidelines for an efficient design. The ability of the formulation to consistently assess all these types of subsystems is a clear benefit of this method., Une nouvelle formulation basée sur la notion d’exergie est introduite pour la détermination des performances aéro-thermo-propulsives des avions civils. Le choix du concept d’exergie est motivé par sa capacité à fournir un cadre de travail bien établi pour la conception de véhicules aérospatiaux. Les performances avions sont établies à partir d’une équation bilan qui met en relation l’exergie fournie, par un système propulsif ou par transfert de chaleur, l’équilibre mécanique de l’appareil, et sa destruction partielle dans le volume de contrôle. Cette formulation théorique est ensuite implémentée numériquement dans un code Fortran, appelé ffx, pour le post-traitement de solutions CFD-RANS. Des configurations non propulsées sont étudiées avec raffinement de maillage et une analyse de la sensibilité du code au modèle de turbulence employé pour obtenir la solution CFD est réalisée. Le code est ainsi validé par rapport à des méthodes éprouvées de détermination de la traînée et à des essais en soufflerie, si disponibles.L’approche est ensuite appliquée pour la détermination des performances de configurations propulsées présentant de fortes interactions aéro-thermo-propulsives. Dans un premier temps, la cohérence de la formulation est validée pour un turbojet pour lequel des indicateurs de performances cohérents sont obtenus. La méthode est également prouvée robuste pour l’analyse des performances globales de l’ingestion de couches limites par un moteur placé à l’arrière d’une aile volante simplifiée. Cette architecture permet également l’étude des interactions thermopropulsives lors d’un transfert de chaleur imposé en amont du système propulsif. Enfin, l’intégration d’un échangeur de chaleur sur un avion commercial est examinée pour en déduire des recommandations pour une conception efficace d’un point de vue exergétique. La capacité de la formulation à pouvoir traiter de façon cohérente ces différents types de sous-systèmes est le principal avantage de cette méthode.

The purpose of this PhD thesis is to provide a better understanding of the forced response phenomena of turbomachinery bladings in resonance conditions. The study will use 3D U-RANS calculations relying on experimental results obtained on the ERECA test case, dedicated to the forced response phenomenon. In order to predict the vibrating amplitudes of aerodynamically excited bladings, the most commonly used prediction methodology consists in separated calculations for the prediction of the aerodynamic excitation and damping ; it is the decoupled method. The predictions of these two components have been compared to the experiment individually. For this, a special signal treatment analysis has been developed so as to extract the damping and excitation from the experimental amplitude/frequency signal. The analysis of the results presented hereafter has provided a better understanding of the mechanisms involved in the aerodynamic damping and excitation. The results obtained match very closely the experiment. However, this procedure requires two different unsteady calculations and is therefore hardly usable within the design process of an engine. In order to simplify and improve the quality of the forced response analysis, the time marching method has been developed and analyzed. With this method, the blade responses freely to the aerodynamic solicitations. Once the transient regime is evacuated, the blade oscillates on its permanent regime. In order to enable access to this methodology on an industrial level, several speed-up methodologies have been implemented and the results are very encouraging. To the knowledge of the author, this thesis is the first comparison between the decoupled and the time marching methods that relies on test results from an experiment dedicated to the forced response phenomenon., L'enjeu de cette thèse est d'améliorer la compréhension et la prédiction du phénomène de réponse forcée des aubages de turbomachines en situation de résonance. L'étude a été menée au moyen de simulations numériques U-RANS 3D et en s'appuyant sur le compresseur d'essai ERECA, dédié au phénomène de réponse forcée. Pour prédire les amplitudes de vibration des aubages excités aérodynamiquement, la méthode de prédiction la plus répandue consiste à effectuer séparément un calcul d'excitation et un calcul d'amortissement aérodynamique ; on parle alors de calcul découplé. C'est cette méthode qui a été mise en œuvre dans un premier temps. Les calculs d'excitation et d'amortissement aérodynamiques ont été comparés individuellement aux résultats d'essais. Pour cela une méthode de traitement du signal fréquence/amplitude a été développée dans le but d'extraire l'amortissement et l'excitation des résultats d'essais. Les analyses des simulations ont permis de mieux comprendre les mécanismes d'excitation et d'amortissement aérodynamique. On a ainsi pu montrer que le phénomène d'interaction rotor/stator s'apparente par son caractère discontinu à une percussion périodique. Quant au phénomène d'amortissement, il se caractérise par le bilan des contributions de chaque zone d'échange d'énergie sur la paroi de l'aubage. En outre, les amplitudes vibratoires calculées à partir de cette méthode sont très proches des valeurs d'essais. Toutefois, cette procédure de calcul requiert la mise en œuvre de 2 calculs instationnaires différents et ne permet pas à l'heure actuelle d'être utilisée dans un cycle de conception. Dans le but de simplifier et d'améliorer la qualité de prédiction des analyses de réponse forcée, la méthode du couplage dynamique a été mise en œuvre et évaluée. Avec cette méthode, l'aubage répond librement aux sollicitations engendrées par le fluide. Une fois le régime transitoire évacué, l'aubage oscille en régime permanent. Cette méthode permet donc de prédire une amplitude vibratoire à partir d'un seul calcul instationnaire. En revanche, le calcul s'avère bien plus onéreux que la méthode découplée de par l'existence du régime transitoire. Dans le but de rendre accessible cette méthode à un niveau industriel, deux méthodes d'accélération du calcul ont été mises en place. Les résultats obtenus sont très encourageants et devraient permettre de réduire drastiquement les temps de restitution des analyses de réponse forcée. A la connaissance de l'auteur, cette thèse constitue une étude inédite de comparaison entre méthode découplée et couplage dynamique, qui par ailleurs s'appuie sur des résultats d'essais dédiés exclusivement au phénomène de réponse forcée.

This document presents the research work realized in the scope of a PhD thesis with Renault Trucks and the LMFA. A flow control strategy, combining an inclined flap with pulsed or synthetic jets, is experimentally studied to reduce the aerodynamic drag of square-back bluff bodies. A first approach consists in studying the effect of this strategy on the flow behind a twodimensional model. The near-wake flow is characterized by the use of velocity measurements obtained by Time-Resolved Particles Image Velocimetry and hot-wire Anemometry. These measurements show that the increase in rear base pressure, obtained in a specific range of actuation frequencies, is associated with the reattachment of the flow on the flap and with a decrease in velocity fluctuations within the recirculation area. A phase average analysis and the determination of space-time correlations allow identifying the aerodynamic disturbances induced by the control system and leading to these modifications of the wake flow. A synthetic jet system is integrated to a 1 :8 scale simplified truck model, with a wake flow similar to this of real trailers. Significant drag reductions are obtained using active control and are associated with the same flow phenomena as these observed in the two-dimensional model study. Eventually, a parametric study is performed and shows the robustness of the flow control strategy to the characteristics of the boundary layer developing on the model roof and to the flap length., Ce manuscrit présente les travaux de thèse réalisés dans le cadre d’une convention CIFRE entre Renault Trucks et le LMFA. Une stratégie de contrôle d’écoulement, associant un volet déflecteur et des actionneurs de type jets pulsés et synthétiques, est étudiée expérimentalement en vue de réduire la traînée aérodynamique de corps non profilés à culot droit. Une première approche consiste à étudier l’influence de cette stratégie sur une maquette bidimensionnelle. Des mesures de vitesse dans le sillage proche par TR-PIV et par anémométrie à fil chaud démontrent qu’une certaine gamme de fréquence d’actionnement permet à l’écoulement de recoller sur le volet et de diminuer les fluctuations de vitesse dans la zone de recirculation, ce qui engendre une augmentation de la pression au culot. Une analyse par moyenne de phase et la détermination de corrélations spatio-temporelles permettent d’identifier les perturbations induites par le contrôle conduisant à ces modifications de l’écoulement. Un système de jets synthétiques est ensuite intégré à une maquette simplifiée de véhicule poids lourd à l’échelle 1/8e, dont le sillage est représentatif des remorques réelles. Des gains en traînée significatifs sont obtenus et sont associés aux mêmes phénomènes aérodynamiques que pour la maquette bidimensionnelle. Enfin, une étude paramétrique montre la robustesse du contrôle aux caractéristiques de la couche limite incidente aux jets et à la longueur du volet déflecteur.

MODELING THE DYNAMIC BEHAVIOR OF HELICOPTER ROTORThe aim of the thesis is the investigation and modeling of dynamic and aerodynamic behavior of helicopter rotor considering both inertial and aerodynamic forces and taking into account the elastic deformation of the blades. The proposed coupling algorithm allows the transient calculations with data exchange between the fluid and structure solvers at each time step.The particularity of this research is the use of an actuator line aerodynamic model, which represents the blade forces applied to the fluid as source terms. These source terms are distributed in the grid cells where the blade is located. Thus the rotation, flapping and torsion of the blade can be represented without any grid deformation. An advantage of the actuator line is that the simulation uses a reduced number of nodes, because the “wall” boundary conditions do not need to be modeled.The case of small experimental helicopter rotor is studied in forward flight. The fluid and structure solvers are coupled to calculate aerodynamic and dynamic behavior of the rotor. For this purpose, a loosely coupling serial staggered algorithm is applied. The iterative calculations are controlled by specially developed code. At the beginning of each iteration, this code calculates and distributes the source terms in the fluid domain. At the end of the time step, the code runs the structural solver to execute a single time step. This solver calculates the blade displacement under aerodynamic, elastic and inertial forces, and the results are returned to the fluid solver. The calculated blade displacements serve as reference in the next fluid step to distribute the source terms. The calculation stops when the convergence criteria are met.In order to validate the simulated case, measurements are carried on in the wind tunnel. The power and aerodynamic thrust of the rotor are measured. Particle Image Velocimetry (PIV) is used to obtain the velocity field around the rotor. Phase locked measurement in azimuth planes enabled to reconstruct 3D flow field. The comparison between numerical results and experiments shows good agreement and permits to validate the proposed coupling method., Modélisation du comportement dynamique des rotors d'hélicoptèresL'objectif de la thèse est l'étude et la modélisation du comportement dynamique et aérodynamique du rotor de l'hélicoptère en considérant à la fois les forces d'inertie et les forces aérodynamiques et en tenant compte des déformations élastiques des pales. L'algorithme de couplage proposé permet d'effectuer le calcul transitoire avec échange de données entre les solveurs fluide et structure à chaque pas de temps.La particularité de cette étude est l'utilisation du modèle aérodynamique de la ligne active, qui représente les forces de pale appliquées au fluide par des termes sources. Ces termes sources sont répartis dans les cellules de maillage à l'emplacement de la pale. Ainsi, la rotation, la torsion et le battement de la pale peuvent être représentés sans aucune déformation du maillage. Un avantage de la ligne active est que la simulation utilise un nombre réduit de nœuds, car des conditions aux limites «lois des parois» ne doivent pas être modélisées.Le cas d'un petit rotor expérimental d'hélicoptère est étudié en vol d'avancement. Les solveurs de fluide et de structure sont couplés pour calculer le comportement aérodynamique et dynamique du rotor. Pour ce faire, un algorithme de couplage faible en série décalé est appliqué. Les calculs itératifs sont contrôlés par un code spécialement conçu. Au début de chaque itération, le code calcule et répartit les termes sources dans le domaine fluide. A la fin du pas de temps, le code exécute le solveur de calcul de structure pour calculer un seul pas de temps. Ce solveur calcule le déplacement de la pale sous l'effet des forces aérodynamiques, élastiques et d'inertie et renvoi les résultats au solveur fluide. Les déplacements de la pale calculés servent de référence pour le solveur fluide au pas de temps suivant, pour distribuer les termes sources. Le calcul s'arrête lorsque le critère de convergence est vérifié.Afin de valider le cas simulé, des expérimentations sont réalisées en soufflerie. La puissance et la poussée aérodynamique du rotor sont mesurées. La Vélocimétrie par images de particules (PIV) est utilisée pour obtenir le champ de vitesse autour du rotor. Les mesures PIV à phase bloqué dans des plans azimutaux ont permis de reconstituer le champ d'écoulement 3D. La comparaison entre les résultats numériques et les expériences montre un bon accord et permet de valider la méthode de couplage proposée.