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National audience; En cas de cancers laryngés avancés, la restauration des capacités phonatoires des patients par des implants artificiels capables de mimer les vibrations des plis vocaux reste un défi scientifique, clinique et sociétal. Ce défi nécessite le développement de matériaux capables d'imiter les caractéristiques vibromécaniques des plis vocaux humains ou “cordes vocales” : capacités (i) d’endurer de grandes déformations réversibles sous chargements multiaxiaux, (ii) de vibrer dans une large gamme de fréquences fondamentales (50 à 1500 Hz). Les hydrogels sont des candidats attrayants en raison de leurs propriétés élastiques ajustables, et de leur teneur en eau comparable à celle des tissus. Cependant, leurs propriétés vibratoires restent peu étudiées à ce jour, ou dans des configurations mécaniques encore bien éloignées de la réalité physiologique. L’objectif de ce travail est d’élaborer des hydrogels aux propriétés mécaniques contrôlées, capables de reproduire les auto-oscillations caractéristiques du pli vocal humain en interaction fluide/structure.

Computing a flow within a congested solid medium is still nowadays an important scientific problematics in multiple research fields, such as nuclear engineering. Indeed, methods classically used in Fluid-Structure Interaction (FSI), which rely on an explicit representation of all interfaces, would in such a case result in cumbersome computations. Thus, in order to bypass on the one hand the numerous interfaces with the solid medium microstructure, and on the other hand the smallest spatial scales contained within the flow, more mesoscopic approaches have been proposed in literature. A porous medium modeling [1] has for instance been developed to study the interaction between an incompressible viscous turbulent flow and nuclear fuel assemblies, in the framework of a seismic loading on a Pressurized Water Reactor (PWR). The current PhD thesis aims at extending such a modeling to account for the propagation of compressible pressure waves within the flow and solid medium. Such a phenomenon can result from a sudden depressurization of a PWR primary loop. In literature, the interaction between such a pressure wave and the solid medium is based on a simplified representation of the latter, through for instance an acoustic impedance [2]. The aim is thus to develop a multiscale and homogenized modeling for a compressible flow within a congested solid medium, able on the one hand to take into account (without any interface meshing) the structure geometry, and on the other hand, to reconstruct, from the homogenized fluid, the force applied to the underlying microstructure. This new modeling shall also bypass the classical limitations encountered in homogenization and multiscale methods literature (micromechanics and RVE, asymptotic homogenization, spatial filtering, Variational Multi-Scale method, Multi-Resolution Analysis…), such as : scale separation assumption, periodicity, boundary conditions, linearity assumption, closure modeling between resolved and unresolved scales...To this end, in the spirit of [3], Continuous Wavelet Transform (CWT) is applied directly on the Partial Differential Equations (PDEs) governing the compressible flow. Such a process allows to derive spatially filtered PDEs governing an equivalent homogenized flow. Furthermore, this use of CWT allows to properly take into account the real fluid boundary conditions, and to connect microscopic (real fields) and mesoscopic (homogenized) variables with an analytical closure expression (i.e. no closure modeling). Thus, the computation of the homogenized pressure field opens the way to the reconstruction of the microscopic pressure field and the force applied by the fluid to the solid medium microstructure. This is a first major step in the design of a homogenized solver for Fluid-Structure Interaction (FSI). First results of this ongoing work have been published in [4]. [1] Ricciardi, G. Fluid-structure interaction modelling of a PWR fuel assembly subjected to axial flow. J. Fluids Struct., (2016), 62 :15–171 [2] Faucher, V. ; Crouzet, F. ; Debaud, F. Mechanical consequences of LOCA in PWR : Full scale coupled 1D/3D simulations with fluid-structure interaction. Nucl. Eng. Des., (2014), 270 :359–378. [3] Rouby, C. ; Rémond, D. ; Argoul, P. Orthogonal polynomials or wavelet analysis for mechanical system direct identification. Ann. Solid Struct. Mech., (2009), 1 :41–58. [4] Mokhtari, S. ; Ricciardi, G. ; Faucher, V. ; Argoul, P. ; Adélaide, L. Multiscale Filtering of Compressible Wave Propagation in Complex Geometry through a Wavelet-Based Approach in the Framework of Pressurized Water Reactors Depressurization Transient Analysis. Fluids, (2020), 5 :64, La simulation de l’écoulement d’un fluide au sein d’un milieu solide très congestionné constitue encore aujourd'hui une problématique scientifique importante dans certains domaines de recherche, notamment l’ingénierie nucléaire. En effet, les méthodes classiques d’interaction fluide-structure, reposant sur une prise en compte explicite de l’ensemble des interfaces fluide-solide, induiraient dans un tel cas un coût de calcul prohibitif. Ainsi, afin de s’affranchir d’une part des nombreuses interfaces avec la micro-structure, et d’autre part des plus petites échelles contenues dans l’écoulement, des approches plus mésoscopiques ont été développées dans la littérature. Une modélisation milieu poreux [1] a notamment été proposée pour simuler l’interaction entre un écoulement incompressible, visqueux, et turbulent, et les assemblages combustibles d’un réacteur nucléaire à eau pressurisée, dans le cas d’un transitoire lent de type séisme. Cette thèse a vocation à étendre ces travaux à la propagation d’une onde de pression (i.e. écoulement compressible supposé non visqueux) au travers des assemblages combustibles, phénomène résultant d'un transitoire rapide de dépressurisation du circuit primaire d'un réacteur (accident de référence). Actuellement, l’impact du milieu solide sur l’onde de pression repose sur une modélisation simplifiée de la structure, via notamment une impédance acoustique [2]. L’objectif est donc de développer une modélisation homogénéisée et multi-échelles d’un écoulement compressible au sein d’un milieu solide congestionné, capable d’une part de prendre en compte (sans maillage des interfaces) la géométrie réelle de la structure, et d’autre part, de reconstruire, à partir du fluide homogénéisé, l’effort appliqué sur la structure sous-jacente. Cette modélisation doit également s’affranchir des limitations classiquement rencontrées dans la vaste littérature de l’homogénéisation ou des méthodes multi-échelles (micromécanique et VER, homogénéisation asymptotique, filtrage spatial, méthode variationnelle multi-échelles, analyse multi-résolution. . .), telles que : l’hypothèse de séparation d’échelles, la périodicité de la micro-structure, le traitement des conditions aux limites, l’hypothèse de linéarité, la nécessité d’un modèle de fermeture micro-macro. . .Dans cette perspective, nous proposons, dans l’esprit des travaux [3], d’appliquer la transformée en ondelettes continue (TOC) directement sur les équations aux dérivées partielles gouvernant l’écoulement. Ce processus analytique aboutit en effet à l’obtention d’équations filtrées décrivant un fluide homogénéisé. Cette utilisation de la TOC nous permet par ailleurs de prendre en compte les conditions aux limites du fluide réel, mais également de relier les grandeurs micros (réelles) et macros (homogénéisées) avec une expression analytique. Dès lors, il est possible, à partir de la résolution du champ de pression homogénéisé, de reconstruire un champ de pression micro et ainsi l’effort appliqué sur la micro-structure, ouvrant dès lors la voie à un solveur homogénéisé de l’interaction fluide-structure. Les premiers résultats de ces travaux sont disponibles dans [4]. [1] Ricciardi, G. Fluid-structure interaction modelling of a PWR fuel assembly subjected to axial flow. J. Fluids Struct., (2016), 62 :15–171 [2] Faucher, V. ; Crouzet, F. ; Debaud, F. Mechanical consequences of LOCA in PWR : Full scale coupled 1D/3D simulations with fluid-structure interaction. Nucl. Eng. Des., (2014), 270 :359–378. [3] Rouby, C. ; Rémond, D. ; Argoul, P. Orthogonal polynomials or wavelet analysis for mechanical system direct identification. Ann. Solid Struct. Mech., (2009), 1 :41–58. [4] Mokhtari, S. ; Ricciardi, G. ; Faucher, V. ; Argoul, P. ; Adélaide, L. Multiscale Filtering of Compressible Wave Propagation in Complex Geometry through a Wavelet-Based Approach in the Framework of Pressurized Water Reactors Depressurization Transient Analysis. Fluids, (2020), 5 :64

International audience; The paper presents numerical models and simulations performed at ONERA to investigate aerodynamic effects on the trajectory of an open rotor blade fragment released or lost during an engine burst event. The models are based on finite elements for the structural part and on finite volumes for the fluid part, and are implemented in the EUROPLEXUS explicit code. Fluid–structure interaction is taken into account by an embedded (or immersed) technique and precision is enhanced by refining the fluid grid locally using automatic mesh adaptivity. A new methodology has also been implemented to limit the air volume to be discretized in the numerical model, thus reducing the size of the fluid mesh and allowing fine-mesh (adaptive) computer simulations in a reasonable CPU time.; Dans le cadre de l'étude de futurs moteurs contraroratifs (CROR), les industriels doivent pouvoir connaitre les éventuelles conséquences consécutivess à la perte de pales. Pour minimiser la taille de la zone de protection sur le fuselage d'avion (blindage), la zone d'impact possible doit être précisément évaluée. La simulation précise de la trajectoire d'un fragment d'aube resuière la prise en compte des forces aérodynamiques sur le fragment. L'objet principal de l'article réside dans le développement et la validation d'une méthodologie de simulation permettant de prendre en compte les effets aérodynamiques sur la trajectoire de tels débris.Pour cela, un modèle mixte Eléments Finis (du fragment) / Volumes Finis (du fluide) est mis en place avec prise en compte des interactions fluide/structure rendant compte des efforts aérodynamiques. Dans le cadre du projet EU Clean Sky SFWA, l'ONERA a développé ces méthodes d'interaction F/S dans le code EUROPLEXUS, pour améliorer la qualité de prédiction des forces aérodynamiques, ainsi qu'une nouvelle méthode visant à réduire la taille de volume fluide à représenter topoogiqueemnt autour de la structure afin de réduire les temps de calcul CPU.Le travail présenté met également l'accent sur une technique d'adaptativité (raffinement automatique du maillage) développée et couplée à la méthode de résolution de l'interaction Fluide/Structure. Des simulations aérodynamiques CFD (code ONERA elsA) sont utilisées comme références pour valider le traietement des interactions F/S dans EUROPLEXUS.

The thesis investigates numerically the stability of time-periodic wake flows generated by flapping wings and aims at explaining three phenomena that have been observed experimentally or simulated numerically : (i) the deviation of propulsive wakes behind a flapping wing with zero mean angle, (ii) the quasi-periodic flows around flapping wings with non zero mean angle, and (iii) the self-propulsion of heaving symmetric wings in a quiescent fluid. All these phenomena are related to the existence of instabilities of timeperiodic base flows. Original methods are developed to compute unstable time-periodic flows that satisfy the spatio-temporal symmetries imposed by the wings kinematics. The stability analysis of these time-periodic base flows are then determined by computing the Floquet multiplier and corresponding modes. In addition to the linear stability analysis, the knowledge of time-periodic base flows allows to investigate the non-linear saturation of these perturbations. In each case, the influence of the instabilities developing in the wake-flows on the flapping wing performances are discussed., La thèse porte sur l'étude numérique de la stabilité d'écoulements de sillages périodiques en temps générés par des ailes battantes. Elle vise à expliquer trois phénomènes observés expérimentalement et simulés numériquement : (i) la déviation du sillage propulsif d'une aile battante en incidence nulle, (ii) les écoulements quasi-périodiques autour d'ailes battantes en incidence non nulle, et (iii) l'auto-propulsion d'ailes battantes symétriques dans des fluides au repos. Tous ces phénomènes sont reliés à l'existence d'instabilités de l'écoulement fluide autour de l'aile. Plusieurs méthodes originales ont été développées pour calculer les champs de base périodiques instables qui satisfont les symétries spatio-temporelles imposées par la cinématique des ailes. La stabilité de ces écoulements de sillages périodiques a ensuite été étudiée au moyen d'une analyse de Floquet. En plus de ces analyses linéaires, la connaissance des champs de base périodiques permet l'étude de la saturation non linéaire des instabilités rencontrées. Dans chaque cas, ces résultats permettent de discuter les effets observés sur les performances aérodynamiques des ailes battantes.

International audience; The paper presents numerical models and simulations performed at ONERA to investigate aerodynamic effects on the trajectory of an open rotor blade fragment released or lost during an engine burst event. The models are based on finite elements for the structural part and on finite volumes for the fluid part, and are implemented in the EUROPLEXUS explicit code. Fluid–structure interaction is taken into account by an embedded (or immersed) technique and precision is enhanced by refining the fluid grid locally using automatic mesh adaptivity. A new methodology has also been implemented to limit the air volume to be discretized in the numerical model, thus reducing the size of the fluid mesh and allowing fine-mesh (adaptive) computer simulations in a reasonable CPU time.; Dans le cadre de l'étude de futurs moteurs contraroratifs (CROR), les industriels doivent pouvoir connaitre les éventuelles conséquences consécutivess à la perte de pales. Pour minimiser la taille de la zone de protection sur le fuselage d'avion (blindage), la zone d'impact possible doit être précisément évaluée. La simulation précise de la trajectoire d'un fragment d'aube resuière la prise en compte des forces aérodynamiques sur le fragment. L'objet principal de l'article réside dans le développement et la validation d'une méthodologie de simulation permettant de prendre en compte les effets aérodynamiques sur la trajectoire de tels débris.Pour cela, un modèle mixte Eléments Finis (du fragment) / Volumes Finis (du fluide) est mis en place avec prise en compte des interactions fluide/structure rendant compte des efforts aérodynamiques. Dans le cadre du projet EU Clean Sky SFWA, l'ONERA a développé ces méthodes d'interaction F/S dans le code EUROPLEXUS, pour améliorer la qualité de prédiction des forces aérodynamiques, ainsi qu'une nouvelle méthode visant à réduire la taille de volume fluide à représenter topoogiqueemnt autour de la structure afin de réduire les temps de calcul CPU.Le travail présenté met également l'accent sur une technique d'adaptativité (raffinement automatique du maillage) développée et couplée à la méthode de résolution de l'interaction Fluide/Structure. Des simulations aérodynamiques CFD (code ONERA elsA) sont utilisées comme références pour valider le traietement des interactions F/S dans EUROPLEXUS.

In this work, we propose a method to efficiently capture an arbitrary number of fluid/solid or fluid/fluid interfaces, in a level-set framework. This technique, borrowed from image analysis, is introduced in the context of the interaction of several bodies immersed in a fluid. A configuration of the bodies in the fluid/structure domain is described by three label maps providing the first and second neighbours, and their associated distance functions. Only one level set function captures the union of all interfaces and is transported with the fluid velocity or with a global velocity field which takes into account the velocity of each structure. A multi-label fast marching method is then performed in a narrow-band around the interfaces allowing to update the label and distance functions. Within this framework, the numerical treatment of contacts between the structures is achieved by a short-range repulsive force depending on the distance between the closest bodies.The method is validated through the simulation of a dense suspension of rigid bodies immersed in an incompressible fluid. A global penalization model uses the label maps to follow the solid bodies altogether without a separate computation of each body velocity. Consequently, the method shows its efficiency when dealing with a large number of rigid bodies. We also investigate the numerical simulation of vesicle suspensions for which a computation of elastic and bending forces on membranes is required. In the present model, only one elastic and bending force is computed for the whole set of membranes according to the level set function and the label maps., Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à la simulation numérique de suspensions denses d'objets immergés dans un fluide. En s'inspirant d'une méthode de segmentation d'image, nous avons développé une méthode efficace de capture d'interface permettant d'une part de localiser les structures immergées et d'autre part de gérer les contacts numériques entre les structures.Le domaine fluide/structure est représenté à l'aide de trois fonctions labels et deux fonctions distances qui permettent de localiser chaque structure et son plus proche voisin.Les interfaces sont capturées par une seule fonction level set, celle-ci est ensuite transportée par la vitesse du fluide ou par la vitesse de chaque structure. Un algorithme de multi-label fast marching permet de réinitialiser à chaque pas de temps les fonctions labels et distances dans un périmètre proche des interfaces.La gestion des contacts numériques est effectuée grâce à une force répulsive à courte portée prenant en compte l'interaction entre les objets les plus proches.Dans un premier temps, la méthode est appliquée à l'évolution de solides rigides immergés.Un modèle de pénalisation global couplé aux fonctions labels permet de calculer en une seule fois l'ensemble des vitesses des structures rigides. Les résultats obtenus montrent l'efficacité de la méthode à gérer un grand nombre de solides.Nous avons ensuite appliqué la méthode des suspensions de vésicules immergées. Ce type de simulation requiert le calcul des forces élastiques et de courbures exercées sur les membranes. Grâce au modèle proposé, seulement une force élastique et une force de courbure sont calculées pour l'ensemble des membranes à l'aide de la fonction level set et des fonctions labels.

The aim of this work is to characterize the influence of two kinds of obstacles, sills and macro-roughnesses, on the flow inside a vertical slot fishway (VSF) and the behavior of several species of fish. Another objective is to study a technical solution to allow the passage of small fish species, which take the form of flexible cylinders placed in the jet at the entrance of each pool of the VSF. A hydraulic characterization is made by experimental measurements of the water level in each pool with acoustic sensors and by measurements of three-dimensional velocity components with an acoustic Doppler velocimeter (ADV). The data acquired by these measurements are then used to define a predictive law that takes into account the presence of sills or macro-roughnesses, to help the design of devices that are as efficient as possible. Unsteady RANS and LES three-dimensional numerical simulations of the flow allow performing a careful volume analysis of the turbulence characteristics inside the pools when obstacles are presents in the flow. By obstructing a part of the slot, sills enhance the three-dimensionality of the flow while macro-roughnesses generate a low velocity layer and shelters for benthic species. Flexible elements produce a better dissipation of the energy of the jet and reduce the turbulent kinetic energy in a part of the volume of the pools. The effect of the modification of the flow kinematic properties, by the presence of obstacles, on the behavior of various fish species is evaluated. It provides important insights on how to adapt the flow in existing fishways to fish species with low swimming capacity.; L'objectif de cette thèse est de caractériser l'influence de la présence d'obstacles dans les passes à poissons à fentes verticales. Deux types d'éléments sont couramment insérés, à l'heure actuelle, dans les passes : les seuils et les macro-rugosités. Dans un premier temps, l'effet de ces deux dispositifs à la fois sur l'écoulement et sur le comportement des poissons est étudié. Dans le but de favoriser le passage des petites espèces à travers le dispositif de franchissement, une solution technique est ensuite proposée, sous la forme de plusieurs rangées de cylindres flexibles placées en sortie de fente. La caractérisation du comportement hydraulique d'une passe à poissons équipée de ces obstacles est effectuée par des mesures expérimentales de niveau d'eau à l'aide de sondes acoustiques et des mesures de vitesses tridimensionnelles avec un vélocimètre acoustique à effet Doppler (ADV). La base de données générée par ces mesures est ensuite utilisée pour définir une loi de dimensionnement, qui prend en compte les paramètres influençant le fonctionnement hydraulique de l'ouvrage en vue d'améliorer sa conception. Les simulations numériques 3D instationnaires URANS et LES de l'écoulement permettent une analyse volumique fine des grandeurs caractéristiques de la turbulence qui règne dans les bassins en fonction du type d'obstacle inséré. En obstruant une partie de la fente, la présence d'un seuil accentue la tridimensionnalité de l'écoulement tandis que les macro-rugosités créent une zone de plus faible vitesses et des abris utilisables par les espèces de fonds. L'insertion des structures souples permet une meilleure dissipation de l'énergie du jet et réduit l'énergie cinétique turbulente dans une partie du volume des bassins. Les manipulations réalisées avec différentes espèces de poissons, permettent de mieux comprendre l'effet de la modification des grandeurs cinématiques de l'écoulement, par l'insertion d'obstacles, sur le comportement des poissons pour pouvoir adapter les passes à poissons existantes aux espèces dotées de faibles capacités de nage.

We study experimentally a fluid/structure interaction between an elastic fiber and a dense granular medium near the jamming transition. In our horizontal setup, a bidimensionnal and dense random packing is interacting with a clamped elastic fiber. The clamped end of the fiber is in translation relative to the the grains while the free end faces initially the grain flux in a penetration geometry before being deflected by grain/fiber interactions. The control parameters of our system are the packing fraction of the medium, the length and the rigidity of the fiber. Our setup allows us to measure the deflected shape of the fiber, the forces exerted by the grains on the fiber (including the drag force) and to follow the reorganizations of the granular medium. Under some experimental conditions, we observed that this system exhibits several regimes of evolution. For low and large fiber deflections, the system evolves stochastically as a consequence of the random nature of the granular medium : respectively small fluctuations of the fiber around its equilibrium position and sudden events of unlozding of the fiber in flexion associated to granular avalanches. The transition between those two regimes is associated with a symmetry breaking that affects the granular medium as well as the fiber. In a first part, we study how the fiber deflection is influenced by the control parameters, particularly by the distance to jamming. In a second part, we show that a packing fraction asymmetry appears in the granular medium when the fiber is deflected enough. In a third part, we try to understand the evolution of the measured forces using numerical simulations of the Elastica on a constrained beam. Finally, we propose a model of compaction of the grains by the fiber that is in a good aggreement with the experimental evolution of the system. An application of this thesis is the understanding of the mechanisms involved in the penetration of a root or a beam in a granular soil., Nous étudions de manière expérimentale un cas d’interaction fluide/structure entre une fibre élastique et un milieu granulaire dense proche du jamming. Dans notre dispositif expérimental horinzontal, un milieu granulaire bidimensionnel, aléatoire et dense est en interaction avec une fibre élastique encastrée. L'extrémité encastrée de cette fibre est en translation par rapport aux grains tandis que son extrémité libre fait initialement face au flux de grains dans une géométrie de pénétration, avant de se défléchir par interaction avec les grains. Les paramètres de contrôle de notre système sont la compacité du milieu granulaire, la longueur et la rigidité de la fibre. Notre dispositif nous permet de mesurer la déformée de la fibre, les efforts que les grains exercent sur la fibre, notamment la force de traînée et de suivre les réorganisation du milieu granulaire. Sous certaines conditions expérimentales, nous avons observé que ce système présente plusieurs régimes d'évolution. A faible et à forte déflexions de la fibre, le système connaît une évolution stochastique, liée à la nature aléatoire du milieu granulaire : respectivement de petites fluctuations de la fibre autour de sa position d'équilibre et des événements brusques de balayage de la fibre en flexion associés à des avalanches granulaires. La transition entre ces deux régimes est associée à une brisure de symétrie qui affecte tant la fibre que le milieu granulaire. Dans une première partie, nous étudions comment la déflexion de la fibre est influencée par les paramètres de contrôle, en particulier par l'écart au jamming. Dans une seconde partie, nous montrons qu'une asymétrie de densité se développe dans le milieu granulaire lorsque la fibre est suffisamment défléchie. Dans une troisième partie, nous tentons de comprendre l'évolution des forces mesurées à l'aide de simulations numériques de l'Elastica sur une poutre sous chargement. Enfin, nous proposons un modèle de compaction des grains par la fibre qui est en bon accord avec l'évolution expérimentale du système. Une application de cette thèse est la compréhension des mécanismes de pénétration d'une racine ou d'une tige dans un sol granulaire.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Une technique de couplage des sous-domaines garantissant la conservation de l'energie à l'interface préalablement développée permet de réaliser des simulations fluide-structure précises et stables. Si l'on utilise des intégrateurs temporels explicites pour réaliser ce couplage, il devient nécessaire de pouvoir intégrer chaque sous-domaine avec un pas de temps distinct afin d'éviter que les contraintes de pas de temps d'un sous-domaine soient imposées aux autres sous-domaines du calcul. Le but de cette étude est de mettre en place une méthode permettant d'intégrer chaque sous-domaine avec des pas de temps différents tout en respectant les propriétés de conservation de l'energie à l'interface.

International audience; Cette article présente l'étude d'un système houlomoteur de type batteur inversé réalisée à l'aide d'une méthodenumérique d'interaction fluide-structure originale. Cette méthode, basée sur la résolution directe des équations de Navier-Stokes, trouve son originalité dans la possibilité de prendre en compte, directement dans Navier-Stokes, un solide rigide soumisà des efforts externes. Une pénalisation de la viscosité dynamique (mise en place d'une viscosité dynamique très élevée) permetde solidifier une zone de fluide, zone ensuite assimilable à un solide rigide. Concernant la prise en compte des efforts externes,nous les mettons en place sous forme de forces volumique par modification de la gravité dans les zones concernées. L'articledébute par une brève introduction, nous présentons ensuite la méthode développée puis nous enchainons avec la présentationde l'étude de cas réalisée. Les résultats de cette dernière sont présentés en fin d'article.

A wind gust and the leaves already move. On land, the Beaufort scale is defined through the observation of foliage motion. The leaves motion in wind is the result of fluid-structure interaction between the tree and wind. The effect of wind on the tree is on the one hand static, the leaves reconfigure, change their orientation, and gather themselves, and on the other hand dynamic, when leaves and branches move.Those mechanical effects are explored at the leaf scale, highlighting the effect of the Cauchy number, which scales the aerodynamic efforts and the leaf rigidity, onto the static reconfiguration of leaves, and the effect of reduced velocity, which compares the solid time and the fluid time, onto the trigger of leaf flutter. These results at the leaf scale are broadenned to the whole foliage. Eventually, the models of foliage movement are used to compute global biological traits such as light interception or perceptive effects such as the dynamic motion of the foliage., Un souffle de vent et les feuilles d'arbre bougent déjà. C'est d'ailleurs le mouvement des feuilles d'arbres qui permet de définir les niveaux de l'échelle de Beaufort terrestre. Le mouvement des feuilles dans le vent est le résultat d'une interaction fluide-structure entre le vent et l'arbre. L'effet du vent sur l'arbre est d'une part statique, les feuilles se reconfigurent, changent d'orientation et se mettent en paquet et d'autre part dynamique, le vent fait bouger le feuillage.Ces effets mécaniques sont explorés à l'échelle de la feuille, mettant en évidence l'effet du nombre de Cauchy, qui compare les efforts aérodynamiques à la rigidité des feuilles, sur la reconfiguration statique, et de la vitesse réduite, qui compare le temps solide par rapport au temps fluide, pour les effets dynamiques du flottement des feuilles. Ces résultats sur la feuille individuelle sont étendus au feuillage. Enfin les modèles de mouvement de feuillage sont utilisés pour calculer des variables biologiques globales comme l'interception lumineuse par un arbre en vent ou bien perceptives en quantifiant le mouvement dynamique du feuillage.

Un souffle de vent et les feuilles d'arbre bougent déjà. C'est d'ailleurs le mouvement des feuilles d'arbres qui permet de définir les niveaux de l'échelle de Beaufort terrestre. Le mouvement des feuilles dans le vent est le résultat d'une interaction fluide-structure entre le vent et l'arbre. L'effet du vent sur l'arbre est d'une part statique, les feuilles se reconfigurent, changent d'orientation et se mettent en paquet et d'autre part dynamique, le vent fait bouger le feuillage. Ces effets mécaniques sont explorés à l'échelle de la feuille, mettant en évidence l'effet du nombre de Cauchy, qui compare les efforts aérodynamiques à la rigidité des feuilles, sur la reconfiguration statique, et de la vitesse réduite, qui compare le temps solide par rapport au temps fluide, pour les effets dynamiques du frottement des feuilles. Ces résultats sur la feuille individuelle sont étendus au feuillage. Enfin les modèles de mouvement de feuillage sont utilisés pour calculer des variables biologiques globales comme l'interception lumineuse par un arbre en vent ou bien perceptives en quantifiant le mouvement dynamique du feuillage.

International audience; Les procédés d'infusion sont une alternative économique aux procédés classiques d'injec-tion pour la réalisation de grandes pièces en composites. Cependant la mauvaise maitrise des propriétés finales de la pièce moulée est un frein à leur démocratisation au niveau industriel. Nous proposons un modèle complet pour la simulation du procédé Liquid Resin Infusion basé sur les travaux de P. Celle. L'approche repose sur un découpage du domaine en trois zones (drainant, préformes imprégnées, pré-formes sèche), consistant, ainsi, à coupler un écoulement de Stokes dans le drainant à un écoulement de Darcy dans les préformes. De plus, l'influence mutuelle de la résine sur le comportement des préformes et de la déformation des préformes sur la perméabilité sont considérées, à travers la loi de Terzaghi et des lois exprimant la perméabilité en fonction de la fraction de fibres. Enfin, le procédé est découpé en trois phases : compaction des préformes sèches, remplissage et « post-infusion ». Nous proposons une approche numérique applicable à des cas réels d'infusion souvent mis de coté dans les publications récentes, impliquant des perméabilités très faibles, une drainant fin (1mm) et des géométries complexes.

We study the deformation and transport of an elastic filament in a viscous cellular flow. We used a simple experimental model system consisting of a one centimeter long elastic filament with controlled geometry and elasticity and a viscous flow formed by a lattice of stagnation points.First, we characterized the buckling instability of the filament approaching a stagnation point. We have shown that this instability is controlled by the elasto-viscous number Sp which compares the relative intensity of the viscous forces deforming the filament and the elastic forces resisting the deformation.Then, we showed that the parameters related to the dynamics of the fiber transported are crucial in the prediction of the buckling probability. In parallel to the experimental analysis, numerical simulations were performed in collaboration with Michael Shelley. The characterization of the dynamical parameters and their influence on the buckling instability allows the prediction of a buckling event as a function of the elasto-viscous number Sp and the dynamical parameters linked to the transport of filament accros the lattice.Finally, we investigated how the deformation and the size of the filament affect its transport properties.; Ce travail porte sur l’étude de la déformation et le transport d’un filament élastique dans un écoulement cellulaire visqueux. Pour cette étude nous avons utilisé un système expérimental modèle simple constitué d’un filament élastique centimétrique de géométrie et d’élasticité contrôlées et d’un écoulement constitué d’un réseau de points de stagnation.Dans un premier temps, nous avons caractérisé l’instabilité de flambage du filament à l’approche d’un point de stagnation. Nous avons ainsi montré que cette instabilité est contrôlée par le nombre élasto-visqueux Sp qui compare l’intensité relative des forces visqueuses qui tendent à déformer le filament et des forces élastiques qui cherchent à le maintenir droit.Nous avons ensuite mis en évidence que les paramètres liés à la dynamique de la fibre évoluant librement à la surface de l’écoulement sont des paramètres cruciaux déterminant si le filament flambe ou pas à l’approche d’un point de stagnation. Cette analyse s’est aussi appuyée sur des simulations numériques modélisant le même système en collaboration avec Michael Shelley. La caractérisation de ces différents paramètres et de leur influence sur l’instabilité de flambage permet ainsi la prédiction de l’existence ou non d’un évènement de flambage à partir du nombre élasto-visqueux Sp et des paramètres dynamiques du filament.Enfin nous nous sommes intéressés à la manière dont la déformation du filament et sa taille influent sur ses propriétés de transport.

International audience; Les temps de résolution de problèmes couplés fluide/structure restent à l'heure actuelle importants, C'est pourquoi une technique de réduction de modèle, du type projection sur une base réduite, est expérimentée. Afin d'étudier la faisabilité d'une telle méthode, un modèle couplé unidimensionnel a été réalisé avec un domaine fluide discrétisé par des volumes finis et un domaine solide par des éléments finis. On impose la continuité des vitesses entre les deux milieux de telle manière à préserver une énergie d'interface nulle. Cette méthode permet de rendre plus stable le couplage entre les deux domaines et de garder l'ordre de convergence de chacun des intégrateurs temporels. Le calcul de la base réduite est effectué a posteriori grâce à une décomposition orthogonale aux valeurs propres.

The individual risk of rupture of cerebral aneurysm is major concern in the clinical care of the asymptomatic aneurysms. The aneurismal rupture occurs when the intra-parietal stress exceeds the rupture stress of the material constituting the wall. The goal of our study is to give a new biomechanical measure of the individual risk of rupture of cerebral aneurysms. In a first phase, an experimental study was lead to characterize the biomechanical behavior of the aneurismal wall on 16 samples of aneurysm removed surgically. The testing on the samples of aneurismal sacs allows us to reach three main categories for each sex (male and female): soft, intermediate and stiff. All the unruptured aneurysms belong to the stiff or intermediate category whereas all the ruptured aneurysm corresponds to the soft category. That allows us to highlight a correlation between the risk of rupture and the material properties of the aneurismal wall. In a second phase, fluid/structure interaction computations (FSI) were performed to compare the deformations of a "patient-specific" aneurysm composed of a degraded and undegraded material. The results show that the material properties have a major impact on the scale of the aneurismal volume variation over the cardiac cycle. The volume variation differences according to the characteristics of the material are potentially viewable with the medical imaging. A parametric study of the input parameters was presented and showed the robustness of the results. Then, we demonstrated on 12 patient specific cases of different aneurysms (shape, size, location,...) that a significant difference of the volume variation over the cardiac cycle still exist between an aneurismal wall composed of a soft and a stiff material. This study suggests that the volume variation could be used as a base for an evaluation of the individual risk of rupture of cerebral aneurysms.; Le risque individuel de rupture des anévrismes cérébraux est un enjeu majeur dans la prise en charge clinique des anévrismes asymptomatiques. La rupture anévrismale se produit lorsque la contrainte intra-pariétale dépasse la contrainte à rupture du matériau composant la paroi. Notre étude a pour objectif d'être un pas vers une nouvelle mesure biomécanique du risque individuel de rupture des anévrismes cérébraux. Dans un premier temps, une étude expérimentale fût menée pour caractériser le comportement biomécanique de la paroi anévrismale sur 16 échantillons d'anévrismes prélevés chirurgicalement. L'expérimentation sur les échantillons de poche anévrismale a permis de dégager trois grandes classes de tissus pour chaque sexe (homme et femme) : souple, rigide et intermédiaire. Il apparaît que tous les anévrismes non rompus appartiennent à la catégorie rigide ou intermédiaire et que tous les anévrismes rompus correspondent à la catégorie souple. Ceci permet de mettre en évidence une corrélation entre le risque de rupture et les propriétés du matériau composant la paroi anévrismale. Dans un deuxième temps, des simulations d'interaction fluide/structure (FSI) ont été réalisées pour comparer les déformations d'un anévrisme " patient spécifique " constitué d'un matériau dégradé et non dégradé. Les résultats montrent que les propriétés du matériaux ont un impact majeur sur l'ampleur de la variation de volume anévrismale diastolo-systolique. Les changements en terme de variations de volume en fonction des caractéristiques du tissu sont potentiellement visualisable à l'aide de l'imagerie médicale. Une analyse des incertitudes des paramètres est aussi présentée et montre la robustesse des résultats aux incertitudes des données d'entrée. Il a ensuite été démontré sur 12 cas " patient-spécifique " d'anévrismes différents (forme, taille, localisation et conditions aux limites différentes) qu'il existe toujours une différence significative en terme de variation de volume au cours du cycle cardiaque entre un anévrisme dont la paroi est composé d'un matériau rigide et d'un matériau souple. Cette étude suggère donc que la variation de volume anévrismale pourrait être utilisée comme une base pour une évaluation individuelle du risque de rupture des anévrismes cérébraux.

International audience; Les procédés d'infusion sont une alternative économique aux procédés classiques d'injection pour la réalisation de grandes pièces en composites. Cependant la mauvaise maitrise des propriétés finales de la pièce moulée est un frein à leur démocratisation au niveau industriel. Nous présentons, ici, une méthode de modélisation avancée, couplant différents écoulements à la mécanique du solide en grandes déformations, afin d'anticiper au mieux les variations d'épaisseur de la pièce ainsi que le temps d'infusion.

The human bone is both a material (bone tissue) and a structure (e.g. the femur). Trauma often generates structural failure (fractures) of the bone, but it?s mechanical integrity can also be affected in an insidious manner, and not the less dangerous, by certain diseases. Very schematically, one can say that trauma is the cause of macrofractures (to the bone structure), and diseases cause of microfractures if no treatment (of the bone material) is undertaken. The microfractures develop gradually into macrofractures, or if the treatment is not effective, the bone loses its function of support. This thesis relates primarily to one of the diseases of bone : osteoporosis. To treat this disease, and/or to prevent the macrofractures of which it is in the long term the cause, it is initially necessary to make its diagnosis. This problem is complicated owing to the fact that it is about characterization (primarily mechanical) of living material (biological tissue) and that it is imperative that the probe be of nondestructive type, especially if the examination must be repeated often (in particular to follow the progress of a treatment). The work of this thesis thus relates to the development of new methods, and/or improvement of more older methods relating to the nondestructive evaluation (NDE) mechanical deteriorations of bone tissue in connection with osteoporosis. As the NDE is also a term employed for the characterization of inert material, the applicability of this work?s framework exceeds that of living tissue., L'os humain est à la fois un matériau (tissu osseux) et une structure (e.g., le fémur). Les traumatismes engendrent des défaillances (fractures) structurelles évidentes de l'os, mais l'intégrité mécanique de celui-ci peut aussi être atteinte d'une manière insidieuse, et non moins dangereuse, par certaines maladies. Très schématiquement, on peut dire que les traumatismes sont la cause de macrofractures (à la structure-os), et les maladies la cause de microfractures (du matériau-os). Celles-ci se développent progressivement en macrofractures, et si des soins ne sont pas prodigués ou efficaces, l'os perd sa fonction de soutien. Cette thèse concerne essentiellement une des maladies de l'os : l'ostéoporose. Pour traiter cette maladie, et/ou prévenir les macrofractures dont elle est à terme la cause, il faut d'abord en faire le diagnostic. Ce problème est compliqué du fait qu'il s'agit d'une caractérisation (essentiellement mécanique) de matériau vivant et qu'il est impératif que le sondage soit de type non-destructif, surtout si l'examen doit se répéter souvent (notamment pour suivre les progrès d'un traitement). Le travail de cette thèse concerne donc le développement de nouvelles méthodes, et/ou l'amélioration de méthodes plus anciennes relatives à l'évaluation non-destructive (END) d'altérations mécaniques du tissu osseux en rapport avec l'ostéoporose. Comme l'END est aussi un terme employé pour la caractérisation de matériaux inertes, le domaine d'application de ce travail dépasse celui des matériaux vivants.

The human bone is both a material (bone tissue) and a structure (e.g. the femur). Trauma often generates structural failure (fractures) of the bone, but it?s mechanical integrity can also be affected in an insidious manner, and not the less dangerous, by certain diseases. Very schematically, one can say that trauma is the cause of macrofractures (to the bone structure), and diseases cause of microfractures if no treatment (of the bone material) is undertaken. The microfractures develop gradually into macrofractures, or if the treatment is not effective, the bone loses its function of support. This thesis relates primarily to one of the diseases of bone : osteoporosis. To treat this disease, and/or to prevent the macrofractures of which it is in the long term the cause, it is initially necessary to make its diagnosis. This problem is complicated owing to the fact that it is about characterization (primarily mechanical) of living material (biological tissue) and that it is imperative that the probe be of nondestructive type, especially if the examination must be repeated often (in particular to follow the progress of a treatment). The work of this thesis thus relates to the development of new methods, and/or improvement of more older methods relating to the nondestructive evaluation (NDE) mechanical deteriorations of bone tissue in connection with osteoporosis. As the NDE is also a term employed for the characterization of inert material, the applicability of this work?s framework exceeds that of living tissue.; L'os humain est à la fois un matériau (tissu osseux) et une structure (e.g., le fémur). Les traumatismes engendrent des défaillances (fractures) structurelles évidentes de l'os, mais l'intégrité mécanique de celui-ci peut aussi être atteinte d'une manière insidieuse, et non moins dangereuse, par certaines maladies. Très schématiquement, on peut dire que les traumatismes sont la cause de macrofractures (à la structure-os), et les maladies la cause de microfractures (du matériau-os). Celles-ci se développent progressivement en macrofractures, et si des soins ne sont pas prodigués ou efficaces, l'os perd sa fonction de soutien. Cette thèse concerne essentiellement une des maladies de l'os : l'ostéoporose. Pour traiter cette maladie, et/ou prévenir les macrofractures dont elle est à terme la cause, il faut d'abord en faire le diagnostic. Ce problème est compliqué du fait qu'il s'agit d'une caractérisation (essentiellement mécanique) de matériau vivant et qu'il est impératif que le sondage soit de type non-destructif, surtout si l'examen doit se répéter souvent (notamment pour suivre les progrès d'un traitement). Le travail de cette thèse concerne donc le développement de nouvelles méthodes, et/ou l'amélioration de méthodes plus anciennes relatives à l'évaluation non-destructive (END) d'altérations mécaniques du tissu osseux en rapport avec l'ostéoporose. Comme l'END est aussi un terme employé pour la caractérisation de matériaux inertes, le domaine d'application de ce travail dépasse celui des matériaux vivants.

International audience; The present paper deals with an homogenization method applied to a coupled fluid-structure problem. The method is exposed in details on a 2D elementary case for which the coupled fluid-structure formulation is developed. The proposed method leads to the modification of usual fluid-structure coupling operators in symmetric formulation. Its physical consistency is then demonstrated with a calculation of the cumulated modal masses for the coupled eigen-modes and an elementary validation is performed. The method can be applied for the seismic analysis of a nuclear reactor.; Le présent article propose une méthode d'homogénéisation appliquée à l'étude d'un problème couplé fluide/structure. La méthode est exposée sur un cas bidimensionnel pour le-quel la formulation du problème couplé structure/fluide homogénéisé est rappelée. L'approche proposée conduit à modifier les opérateurs classiques d'interactions fluide/structure en formulation symétrique (u, p, ϕ). On démontre théoriquement la consistance de la méthode en faisant un bilan des masses modales des modes couplés et on propose un cas de validation élémentaire. La méthode ainsi développée sera utilisée pour l'analyse sismique d'un réacteur nucléaire avec modélisation de détails structurels internes au réacteur.

International audience; Cette étude illustre le développement d'un outil de calcul numérique destiné à analyser les effets d'un couplage aéroélastique dans les moteurs fusée. Une méthodologie simple est proposée afin d'adapter aux simulations aéroélastiques et de coupler un "code fluide" volumes finis reposant sur des schémas robustes de type TVD ou WENO et un "code structure". Un rapide inventaire des méthodes numériques employées pour la mécanique des fluides en milieux évolutifs (i.e. déformables) est dressé. La méthode de maillage dynamique, issue des méthodes ALE, est présentée de manière plus détaillée et ses applications illustrées. Par la suite, plusieurs points spécifiques au couplage fluide/structure sont discutés. Enfin, une dernière partie est consacrée à l'étude du phénomène de flutter et constitue une validation de l'algorithme de couplage retenu. Des conclusions sont tirées concernant notamment le type de schéma à utiliser pour le solveur fluide pour cette dernière application. This paper describes the development of a numerical tool that is needed to investigate fluid/structure interactions occurring in overexpanded rocket nozzles. A simple methodology is proposed in order to adapt to fluid/structure coupling existing codes dedicated to fluid mechanics and structural mechanics. We survey numerical methods for moving boundaries problems, pay special attention to methods using dynamic meshes and underline several technical difficulties that are specific to fluid/structure interactions problems. Finally, we combine the fluid and structural solvers using the most popular staggered procedure. The resulting code is validated by computing supersonic panel flutter. Some conclusions are drawn concerning the type of numerical schemes (for fluid solvers) that should be used for this application.

Le but de cette thèse est la construction et l'implémentation d'une méthode de Lagrange-Galerkin d'ordre élevé dans un code de simulation d'interactions fluide/structure. Cette méthode repose sur une formulation par éléments finis mixtes et une méthode des caractéristiques d'ordre 2 en maillage fixe ou mobile. La stabilité de ce schéma a été étudiée dans des cas simples. Des analyses aéroélastiques de structures généralement rencontrées dans le Génie Civil ont été effectuées à travers des tests numériques sur des coupes de ponts en mouvements forcés et libres. Les résultats obtenus ont été comparés à ceux obtenus avec la méthode de Lagrange-Galerkin d'ordre 1 ainsi qu'à des études réalisées en soufflerie expérimentale. Enfin, l'utilisation des méthodes de Lagrange-Galerkin dans des problèmes de contrôle optimal a été étudiée. Un schéma discret linéarisé basé sur la méthode des caractéristiques a été construit et quelques tests simples pour des problèmes de contrôle et d'identification en maillages fixes et mobiles ont été effectués.