Etude expérimentale par images de particules des jets turbulents impactants des surfaces rigides en présence de singularités

Titre de la thèse : Etude expérimentale par images de particules des jets turbulents impactants des surfaces rigides en présence de singularités

Encadrement scientifique : 

• Anas SAKOUT, Professeur, 50 %
• Kamel ABED-MERAIM, Maître de Conférence HDR, 50 %

Descriptif du sujet :

Les consommations énergétiques dans le bâtiment peuvent être améliorées en premier lieu par la rénovation de l’isolation des bâtiments. Mais ce n’est pas le seul facteur. En effet, l’optimisation des dispositifs d’injection des flux de conditionnement ou de renouvellement d’air contribue à la réduction des consommations d’énergie par l’amélioration du mélange à l’aval des bouches d’injection et par la réduction des sensations de courant d’air.

Par ailleurs, afin d’assurer les conforts thermiques et aérauliques dans les enceintes habitables, des flux d’air neuf parfois traités, sont injecter dans les espaces en question. Mais ces jets turbulents génèrent des structures tourbillonnaires qui dans certaines conditions produisent des sifflements. Effectivement, les bruits d’écoulements sont liés aux couplages aéro-acoustiques et il parait évident, si on souhaite maitriser ces nuisances sonores, de devoir identifier les structures tourbillonnaires qui se développent afin d’analyser les corrélations qui existent avec le champ acoustique rayonné.

Une des pistes privilégiées pour améliorer la règlementation dans ce domaine est l’expérimentation d’une façon générale et particulièrement les techniques de plein champ, non intrusives et résolue en temps et dans l’espace. Techniques capables de fournir des champs cinématiques instantanés lors du développement des écoulements étudiés. En effet, le contrôle d’un écoulement notamment via la couche limite peut viser l’atténuation ou le renforcement de la turbulence, des structures cohérentes, etc. Les objectifs recherchés à travers ces manipulations sont le contrôle de la dynamique de l’écoulement pour agir sur l’amélioration du mixage et des transferts thermiques, le contrôle des vibrations structurales, ainsi que sur le champ acoustique rayonné lié à l’aéroacoustique de l’écoulement et bien d’autres aspect.

Le but de ce travail est le contrôle de la dynamique de l’écoulement et, in fine, la réduction des nuisances sonores liées aux systèmes de ventilation et de traitement d’air dans le bâtiment (VMC, …) générées par l’écoulement d’un jet dont les structures tourbillonnaires, dans leur convection, heurtent un obstacle (bouche d’aération, …). Dans cette optique, l’approche proposée ici permet d’agir sur la dynamique tourbillonnaire, de moduler la fréquence des grosses structures et de venir influer sur les corrélations responsables d’apparitions de nuisances sonores.

Dans le cadre de ce travail, une étude expérimentale sera menée sur l’écoulement d’un jet plan heurtant une paroi fendue dans des configurations produisant ou pas des nuisances sonores. Une métrologie Laser spécifique, de champ, non intrusive et résolue dans le temps et dans l’espace sera utilisée afin d’analyser les dynamiques tourbillonnaires, les fluctuations des champ cinématiques et le champ acoustique ainsi généré. Des techniques de mesures Stéréo-PIV et Tomo-PIV, seront également employées simultanément pour visualiser l’effet de petites perturbations sur l’organisation des structures tourbillonnaires présentes dans l’écoulement responsable de la production sonore.

L’étude visera notamment la caractérisation de la sensibilité de d’écoulement en fonction de ses conditions initiales et des éventuelles perturbations. Un ensemble de critères dynamiques sera à corréler avec les paramètres liés aux grandeurs caractérisant l’écoulement comme le nombre de Reynolds, le rapport de confinement, le champ acoustique produit, …

Contexte partenarial : 

Le sujet de thèse proposé ici rentre dans le cadre d’une collaboration entre 3 Laboratoires de 3 Universités différentes : l’Institut PPRIME de l’Université de Poitiers, le laboratoire LaSIE de La Rochelle Université et l’institut de recherche XLIM de l’Université de Limoges. Des chercheurs de ces 3 Laboratoires collaborent en apportant des compétences complémentaires à travers un projet qui sera déposé auprès de la région. Il est intitulé « VIPer : Visualisation In Situ Interactive et Haute Performance de Phénomènes Physiques Complexes » qui vise à développer une méthode de visualisation in situ et interactive de phénomènes physiques complexes. L’objectif de ce projet est de proposer une méthode suffisamment généraliste pour pouvoir être appliquée à des phénomènes variés. Cela implique donc une étroite collaboration pluridisciplinaire afin de mettre en concordance les processus expérimentaux et la méthode de visualisation in situ.

Déroulement de la thèse :

Pour le bon déroulement de la thèse, les travaux de Recherche comportent plusieurs taches qui seront programmées sur les 36 mois de préparation de thèses : formation du doctorant, bibliographie, campagnes expérimentales, analyses des données, modélisation, valorisation des travaux par des articles, …

En termes de matériels, le doctorant bénéficiera d’une plateforme expérimentale acquise sur les deux derniers crédits CPER/FEDER. Elle est ultra équipée de moyens métrologiques très performants : Laser pulsé à haute fréquence, caméras rapides, systèmes de déplacement, PIV, S-PIV et Tomo-PIV, accéléromètres, microphones, caméras thermiques, centrales d’acquisition, Vibrolasers, …

Le Laboratoire des Sciences de l’Ingénieur pour l’Environnement est une unité mixte de recherche (UMR 7356 La Rochelle Université – CNRS) dont les thèmes concernent les transferts de masse et d’énergie dans les matériaux et espaces habités, recouvrant de larges échelles d’espace et de temps. Réunissant un large éventail de compétences dans le domaine de l’ingénierie environnementale (mathématique, physique, génie civil, chimie et mécanique), le LaSIE s’intéresse à la durabilité et à la protection des matériaux, structures et infra structures soumis à des contraintes d’ordre environnementales. Le Laboratoire travaille également à l’amélioration de la thermique, du confort et de la qualité de l’air intérieur dans les espaces habités.

Contrat doctoral de 36 mois basé à La Rochelle (17) au sein du LaSIE Rémunération règlementaire du contrat doctoral : 2200€ brut mensuel puis 2300€ brut mensuel à partir du 01/01/2026. Vous êtes inscris à l’Ecole Doctorale pendant tout le temps de votre contrat et bénéficiez de l’offre de formation de l’ED notamment des activités transversales telles que MT180 ; le colloque des doctorants etc. Recrutement ouvert à toute personne bénéficiaire d’une RQTH