Literatura académica sobre el tema "Simulations numériques avec PhreeqC"

Ce travail a pour objectif d’analyser et d’évaluer l’effet de la bathymétrie sur la surface de la mer par la méthode numérique et de modéliser les données de simulations par réseau de neurone et neuro-flou. Les simulations numériques sont effectuées à l’aide du logiciel Ansys Fluent qui utilise la méthode de Volume of Fluid et le modèle de turbulence ; les données sont traitées sur Matlab. Nous avons déterminé sept simulations (M0, M1, M2, M3, M4, M5 et M6). Les résultats ont montré que la morphologie (hauteur maximale) et le comportement (position de la hauteur maximale et position de déferlement) des vagues varient en fonction de la hauteur de l’obstacle. Les modèles par intelligences artificielles, sont excellents avec des valeurs de l’ erreur quadratique moyenne faibles et les critères de Nash sont supérieurs à 90%.

L’objectif principal de ce travail est d’étudier l’effet des conditions climatiques externes, sur l’évolution de la densité du flux solaire journalier incident sur les parois verticales d’un bâtiment situé dans la région d’Adrar au Sud de l’Algérie avec diffèrent orientation. Ce bâtiment est conçu pour des a1pplications de type chauffage ou climatisation. Les simulations numériques abordées dans ce travail ont permis de comparer la variation de la densité du flux solaire incident durant une journée complète sur les parois Sud, Est, Nord et Ouest du bâtiment aux valeurs du flux solaire global sur une paroi horizontale (le plafond externe). Le flux solaire global horizontal est calculé à l’aide d’une fonction Gaussienne sinusoïdale. Les simulations ont été effectuées dans le cas d’un bâtiment situé dans une zone désertique. Les résultats de la simulation numérique, ont montré l’effet de l’orientation du bâtiment sur l’évolution du flux solaire journalier incident.

Préalablement à leur acquisition, les robinets installés dans les centrales nucléaires font l’objet d’une démonstration de leur aptitude à endurer des chocs thermiques d’une amplitude de 255 C, sollicitation majorante de conditions normales d’exploitation. Afin de mieux cerner la validité de démonstrations fondées sur des simulations numériques, nous confrontons l’essai en vraie grandeur d’un robinet à soupape de diamètre nominal 150 mm avec sa simulation numérique. Cet article est focalisé sur le comportement de l’assemblage boulonné du corps et du couvercle, assurant la fonction d’étanchéité, dite externe du robinet. La campagne d’essai, menée sur la boucle CYTHERE d’EDF, comprend plusieurs chocs alternés, froid puis chaud. Le robinet est équipé de 37 thermocouples distribués sur sa hauteur et dans l’épaisseur des pièces. Les douze goujons du couvercle sont équipés de jauges de déformation destinées à mesurer l’évolution de leur tension. L’essai est modélisé par des simulations multiphysiques du robinet complet en 3D, enchaînant les calculs d’écoulement, des champs de température, puis des champs de déplacement et de contraintes dans le robinet. La confrontation des résultats de calcul avec les mesures montre l’importance de la représentation des échanges thermiques résultant de l’écoulement dans les interstices laissés par les jeux fonctionnels entre les pièces internes situées sous le couvercle. Leur prise en compte est déterminante pour calculer les variations de serrage de l’assemblage lors des chocs thermiques.

Les digues de protection contre les inondations peuvent faire l’objet de campagnes de reconnaissance dans le but d’identifier d’éventuelles zones de faiblesse et de prévenir tout risque de défaillance. La méthode Multi-channel Analysis of Surface Waves (MASW), non invasive et à faible coût, offre un complément intéressant aux sondages géotechniques. Elle est notamment utile pour les ouvrages de grand linéaire car elle est employable en mode « grand rendement ». Cependant, la méthode MASW repose sur une hypothèse de milieu 1D stratifié, c’est-à-dire que la surface du sol ainsi que les interfaces entre les différentes couches de sol sont supposées horizontales. Cela n’est a priori pas compatible avec la topographie 3D de l’ouvrage. Nous avons réalisé une étude de sensibilité des résultats de MASW à la géométrie 3D d’une digue en nous appuyant à la fois sur des mesures expérimentales et sur des simulations. L’ouvrage considéré est une maquette de digue à l’échelle 1. Dans un premier temps, nous avons proposé une méthodologie de simulation permettant de reproduire numériquement la propagation d’une onde sismique en 3D pour la configuration de la maquette, et nous avons validé ce modèle par comparaison entre signaux numériques et acquisitions réelles. Dans un second temps, nous avons considéré différentes configurations de simulation dans le but d’évaluer l’influence de la géométrie 3D de l’ouvrage. D’après les résultats obtenus, la géométrie 3D de la digue entraîne une sous-estimation de la profondeur de l’interface entre la digue et le sol. En revanche, son influence sur l’estimation des caractéristiques des couches est négligeable. Ces résultats sont en accord avec le retour d’expérience terrain d’EDF. D’autres limites restent à approfondir par de nouvelles simulations, en considérant des ouvrages de plus grandes dimensions et à géométries plus complexes. De plus, l’exploitation de la maquette de digue se poursuivra avec la mise en œuvre de méthodes électriques, et avec des travaux sur les méthodes de fusion de données.

L'étude de la dynamique sédimentaire dans les retenues de barrage reste complexe du fait de la combinaison entre les événements naturels et la gestion du barrage. Dans ce papier, nous montrons l'intérêt de la modélisation numérique pour compléter les études morphologiques basées sur l'analyse de mesures. Dans le cas d'une retenue de forme allongée, cette modélisation peut être réalisée avec des codes numériques unidimensionnels (1D). Les codes 1D RubarBE et AdisTS, développés à Irstea Lyon, ont été appliqués sur la retenue de Génissiat sur le Haut-Rhône français. Ils ont permis de calculer des paramètres hydrauliques utiles au découpage du site d'étude en tronçons homogènes. De plus, les résultats de simulations ont aidé à mettre en évidence la dynamique sédimentaire des trois zones décrivant la retenue, i.e. le tronçon fluvial dominé par le charriage, la retenue amont par la suspension graduée de sables et la retenue aval par la suspension d'argile et de limons. Enfin, la modélisation numérique est utile pour la réalisation de scénarios prédictifs et le test de modes de gestion alternative.

La présente étude s’intéresse à la fois au développement de la couche limite turbulente en écoulement supersonique sur une plaque plane, à la distance requise pour qu’elle envahisse toute la section de la plaque, ainsi qu’aux effets de la taille de la zone d'interaction sur le développement de la même couche limite. L'augmentation de la force de l'interaction est une augmentation de la taille des zones d'interactions conduisant à la formation d'une bulle de re-circulation qui est une zone des pertes de charge importantes. Pour cette raison, on peut diminuer, puis augmenter le nombre de Mach pour voir une réflexion de Mach qui explique l'impact de l'onde de choc incident forte avec la couche limite. L'augmentation et la diminution du nombre de Mach a causé l'apparition d’une transition dans les interactions réflexion régulière (RR), réflexion de Mach (MR), qui est représenté par les iso contours des champs de la masse volumique. Ces études sont bien en accord par rapport à l'essai qui a été présenté par Délery et al. (2009). On a donné une autre contribution et des investigations du phénomène de l'interaction onde de choc/couche limite turbulente. Le modèle utilisé dans cette étude est le modèle kwSST, il est considéré comme étant le plus approprié pour ce genre de problème, avec un traitement spécial de la zone proche de la paroi. Des simulations numériques ont été faites à l’aide de logiciel FLUENT.

Nos simulations numériques du glacier de Saint-Sorlin (massif des Grandes Rousses) indiquent que ce glacier devrait disparaître vers 2050, quels que soient les scénarios climatiques envisagés. La comparaison de ces résultats avec les projections réalisées dans des études précédentes il y a une quinzaine d'années montre que l'évolution est beaucoup plus rapide que le scénario médian qui avait été envisagé auparavant. Étant donné que la grande majorité (environ 75 %) des glaciers des Alpes françaises a une zone d'accumulation qui ne dépasse pas 3 400 mètres d'altitude, similaire au glacier de Saint-Sorlin, nos résultats tendent ainsi à montrer que tous ces glaciers pourraient disparaître vers 2050. Numerical modelling of the evolution of Saint-Sorlin glacier (massif des Grandes Rousses) shows that the glacier should disappear by 2050, regardless of the climatic scenario taken into account. These results, compared to those obtained from previous studies carried out 15 years ago, show that the evolution is much faster than the median of the previous projections. Given that about 75 % of French alpine glaciers have an accumulation zone below 3 400 m a.s.l., similarly to Saint-Sorlin glacier, it means that all these glaciers will be gone by 2050.

Le stockage du CO2 dans les aquifères salins profonds a été reconnu comme l'une des voies les plus prometteuses pour atténuer les émissions atmosphériques de CO2 et répondre ainsi aux enjeux du changement climatique. Cependant, l’injection du CO2 dans le milieu poreux perturbe considérablement son équilibre thermodynamique. La zone proche du puits d’injection est particulièrement impactée avec une forte réactivité géochimique associée à d’intenses échanges thermiques. Cela a un impact majeur sur l’injectivité du réservoir et l’intégrité du stockage. A ces effets s’ajoute une complexité supplémentaire liée à la présence de deux phases non miscibles : la saumure et le CO2. Ces effets conduisent à des processus Thermo-Hydro-Mécaniques-Chimiques (THMC) fortement couplés, dont les interprétations ne sont pas encore abouties ni formellement implémentées dans les modèles numériques.Ce travail de thèse, associant des mesures expérimentales et des modélisations numériques, porte sur l’étude du couplage entre les gradients thermiques et les processus diffusifs de transport réactif se déroulant dans les aquifères salins, notamment dans la zone proche du puits d’injection. Nous avons étudié les échanges entre une phase froide CO2 anhydre qui s’écoule dans des zones de forte perméabilité, et une phase aqueuse salée chaude piégée dans la porosité de la roche. La stratégie de l'étude commence par une approche simple en milieu libre sans flux de CO2 afin d'étudier la réactivité des solutions salines de différentes compositions chimiques et d’évaluer l'impact d'un gradient thermique sur ce réseau réactionnel.Nous avons développé une cellule expérimentale permettant de superposer 2 à 3 couches de solution de concentration et composition chimique différentes. L’analyse de la lumière diffusée par les fluctuations de non-équilibre de la concentration et de la température permet de remonter aux coefficients de diffusion des sels dans l’eau. Nos résultats sont en bon accord avec les valeurs de la littérature. Pour ce qui est de l’étude du transport réactif diffusif, l’analyse du contraste des images a permis de mettre en évidence le fait que la précipitation de minéral, par mise en contact de deux couches aqueuses de sels réactifs, s’accompagne d’une instabilité convective qui s’estompe dans le temps. La modélisation numérique des résultats expérimentaux avec PHREEQC par une approche de diffusion multi-espèce hétérogène permet de rendre compte des instabilités convectives. Différents gradients de température ont été appliqués au système réactif, tout en conservant une température moyenne de 25 °C. Les observations expérimentales et les interprétations numériques montrent que le gradient de température n'a pas d’influence significative sur le comportement du système.Ensuite, nous avons étudié numériquement le processus de dessiccation (évaporation de l’eau) à l’interface entre une saumure piégée dans la porosité de la roche et du CO2 circulant dans une structure porale drainante, simulant les conditions de l’aquifère du Dogger du bassin parisien. Un modèle couplant l’évaporation de l’eau dans le flux de CO2 et la diffusion multi-espèces hétérogène des sels prévoit l’apparition d’un assemblage minéral au niveau du front d’évaporation, principalement composé d’halite et d’anhydrite. La modélisation de ce phénomène à l’échelle du réservoir nécessite la prise en compte de la vitesse d’évaporation en fonction du taux d’injection du CO2 et de l’évolution de la porosité au niveau de l’interface.Ce travail de thèse a permis de mettre en évidence plusieurs phénomènes physico-chimiques, thermo-physiques et de transport diffusif aux interfaces de phase. Ce qui ouvre de nouvelles perspectives d’amélioration des approches numériques et de modélisation à grande échelle notamment du proche puits d’injection du CO2 et des réservoirs de stockage géologique et soutenir les futurs développements industriels et technologiques pour la transition écologique
CO2 storage in deep saline aquifers has been recognised as one of the most promising ways to mitigate atmospheric CO2 emissions and thus respond to the challenges of climate change. However, the injection of CO2 into the porous medium considerabely disturbs its thermodynamic equilibrium. The near-well injection zone is particularly impacted with a strong geochemical reactivity associated with intense heat exchanges. This has a major impact on injectivity of the reservoir and the integrity of the storage. In addition to these effects, there is the added complexity of the presence of two immiscible phases: brine (wetting fluid) and CO2 (non-wetting fluid). These effects lead to highly coupled Thermo-Hydro-Mechanical-Chemical (THMC) processes, whose interpretations have not yet been completed nor formally implemented into the numerical models.This thesis work, combining experimental measurements and numerical modelling, focuses on the study of the coupling between the thermal gradients and the diffusive reactive transport processes taking place in the deep saline aquifers, particularly in the near-well injection zone. We studied the exchanges between a cold anhydrous CO2 phase flowing in high permeability zones, and a hot salty aqueous phase trapped in the porosity of the rock. The strategy of the study starts with a simple approach in a free medium without CO2 flow, in order to study the reactivity of saline solutions of different chemical compositions, and to evaluate the impact of a thermal gradient on this reaction network.We have developed an experimental cell that allow to superimpose 2 to 3 layers of solution of different concentration and chemical composition. The analysis of the light scattered by the non-equilibrium fluctuations of concentration and temperature allows to obtain the diffusion coefficients of salts in water. Our results are in good agreement with literature values. Regarding the study of diffusive reactive transport, the analysis of the contrast of the images allowed us to highlight the fact that the precipitation of minerals, obtained by superimposing two aqueous layers of reactive, is accompanied by a convective instability that fades with time. Numerical modelling of the experimental results with PHREEQC using a heterogeneous multicomponent diffusion approach has allowed us to account for these convective instabilities. Different temperature gradients were applied to the reactive system, while keeping a mean temperature of 25 °C. The experimental observations and numerical interpretations swhow that the temperature gradient has no significant influence on the behaviour of the system. Subsequently, we numerically studied the desiccation process (evaporation of water) at the interface between a brine trapped in the rock porosity and the CO2 flowing in a draining pore structure, simulating the conditions of the Dogger aquifer of the Paris basin. A model coupling the evaporation of water in the CO2 stream and the heterogeneous multicomponent diffusion of salts predicts the appearance of a mineral assemblage at the evaporation front, mainly composed by halite and anhydrite. Modelling this phenomenon at the reservoir scale would requires taking into account the evaporation rate as a function of the CO2 injection rate and the change in porosity at the interface.This thesis work has made it possible to highlight several physicochemical, thermophysical and diffusive transport phenomena at phase interfaces. This opens up new perspectives for improving numerical approaches and large-scale modelling, in particular of near-well injection of CO2 and geological storage reservoirs, and supports future industrial developments and technologies for the ecological transition

La complexité des applications numériques de calcul scientifique ne cesse de croître. Cette difficulté revêt alors deux formes. La première est une complexité logicielle qui nécessite l'intégration de divers codes de calcul toujours plus sophistiqués et spécialisés à la simulation de phénomènes physiques complexes. La seconde forme de complexité est calculatoire où les composants de calcul nécessitent toujours plus de ressources et de capacité de stockage afin de modéliser, entre autres, les phénomènes au plus proche de la physique « réelle ».

Dans le domaine de la simulation des procédés assistée par ordinateur, la complexité logicielle est masquée par le standard CAPE-OPEN qui répond aux besoins d'intégration de codes tiers. Il propose des spécifications d'interfaces, basées sur une approche par composants logiciels tels que DCOM ou CORBA. Cette thèse apporte une solution à la complexité calculatoire. Pour cela, nous étudions le problème de la distribution de la charge de calcul des simulations des procédés sur des architectures de type grappe de calcul dont les composants sont au standard CAPE-OPEN. Une exécution distribuée performante requiert la distribution des activités concurrentes de l'application tout en minimisant le volume de données à échanger via le support de communication.

Dans ce contexte, nous présentons une analyse fine du schéma d'exécution des simulations de procédés qui conduit à la conception de deux environnements distribués d'exécution. Le premier nous a permis de quantifier le gain atteignable sur une grappe de calcul à travers la simulation de plusieurs cas tests métier. Toutefois, les contraintes technologiques industrielles se sont avérées peu propices à l'implémentation d'un environnement distribué visant à s'approcher de l'optimal. Par conséquent, la définition d'un second prototype basé sur le moteur exécutif KAAPI a été mené à bien. Afin de répondre à nos besoins, nous l'avons étendu aux techniques « statiques » d'exécution. Fort de cet environnement, nous avons entrepris d'étudier différentes politiques d'ordonnancement. L'environnement KAAPI couplé à notre extension ouvre de larges perspectives d'études dans le cadre plus large des applications numériques de calcul scientifique.

Cette thèse est consacrée à la modélisation mathématique et simulations numériques des écoulements sanguins dans des artères en présence d’une endoprothèse vasculaire de type stent. La présence de stent peut être considérée comme une perturbation locale d’un bord lisse d’écoulement, plus précisément les parois de l’artère sont assimilées à une surface fortement rugueuse. Nous nous sommes principalement intéressés au contrôle de la régularité H² sur un modèle simplifié permettant de prendre en compte l’effet de ces stents lorsque le flux sanguin est gouverné par une équation de Laplace (en lien avec la composante axiale de la vitesse d’écoulement) avec une condition aux limites de type Dirichlet, dans un domaine à bord rugueux (en fonction d’un petit paramètre ε). Dans une première partie, nous soulevons la question d’existence et d’unicité de la solution de ce modèle d’écoulement sanguin et nous traitons la régularité H² par des techniques d’analyse variationnelle. Une étude minutieuse permet de contrôler la régularité H² en O(ε−1). Le deuxième axe est dédié à l’étude de la régularité H² par des analyse asymptotiques multiéchelles. Nous montrons que la norme H² de la solution de ce modèle d’écoulement sanguin est singulière en O(ε−½ ). D’autre part, nous améliorons les ordres de convergence des résultats existants concernant la construction des approximations multiéchelles. Dans un troisième temps, nous présentons des estimations d’erreur et des résultats numériques. Ces résultats illustrent le bien fondé des estimations d’erreur sur le plan pratique. Nous montrons bien l’importance des méthodes asymptotiques qui se révèlent plus efficaces qu’un calcul direct
This thesis is devoted to mathematical modeling and numerical simulations of the blood-flows in arteries in the presence of a vascular prosthesis of type stent. The presence of stent can be considered as a local perturbation of a smooth edge of flow, more precisely the walls artery can be seen as a strongly rough surface.Weare mainly interested in controlling the H² regularity of a simplified model which takes into account the impact of these stents when the blood flow is controlled by a Laplace equation (in link with the axial component rateof flow) with a Dirichlet boundary condition, in a domain with a rough board (according to a small parameter ε). First, we raise the question of existence and unicity of the solution of this model of blood-flow and we study the H² regularity using variational analysis methods. By a detailed study, we control the H² regularity of order O(ε−1). The second part is devoted to the study of the regularity H² regularity using multi-scale analysis.We prove that the H² norm of the solution of this model is singular of order O(ε−½). Moreover, we improve the convergence rate of the existing results on the construction of the multi-scale approximation. Finally, we present an error estimation and numerical results. These numerical results illustrate the well-founded of the error estimates on a practical level. We show the importance of the asymptotic methods that seem to be more effective than a direct computation

Le contexte général de cette étude concerne l’impact des traînées de condensation, ces fameux panaches blancs fréquemment observés dans le sillage des avions, sur l’atmosphère. D’un point de vue aérodynamique, la formation des traînées de condensation se caractérise par l’interaction entre un jet turbulent et un tourbillon de sillage. L’objectif de cette thèse est de contribuer à une meilleure compréhension des phénomènes thermiques et dynamiques mis en jeu dans cet écoulement. Ce travail repose sur la résolution numérique des équations de Navier-Stokes, et de conservation de l’énergie, formulées pour le cas d’un écoulement tridimensionnel, instationnaire et compressible. Deux approches sont considérées: la simulation numérique directe et la simulation des grandes échelles. Une simulation temporelle de la transition à la turbulence d’un jet rond non-isotherme est effectuée sans tenir compte du champ tourbillonnaire. A l’issue de cette simulation, un modèle de tourbillon de sillage est superposé à l’écoulement de jet. La première partie de cette thèse présente les deux approches, les différents modèles de sous-maille choisis pour les simulations des grandes échelles, ainsi que les méthodes numériques employées. La deuxième partie est consacrée à la simulation de l’écoulement de jet, et ici, l’objectif est de déterminer le modèle de sous-maille approprié à cette configuration d’écoulement. La troisième partie est dédiée à la simulation de l’interaction entre le jet et le tourbillon de sillage. Les résultats sont comparés à ceux issue d’une campagne d’essais. Les simulations ont démontré le développement de grosses structures de la turbulence autour du cœur tourbillonnaire, dans lesquelles se concentre le champ de température
The general context of this study concerns the impact of contrails, these famous white plumes frequently observed in the aircraft wake, on the atmosphere. From an aerodynamic point of view, the formation of the contrails is characterised by the interaction between a turbulent jet and a wing-tip vortex. The aim of this thesis is to contribute to a better understanding of the thermal and dynamic phenomena involved in this flow. This work is based on the numerical resolution of the three-dimensional, unsteady and compressible Navier-Stokes and energy conservation equations. Two approaches are considered: the direct numerical simulation and the large eddy simulation. A temporal simulation of the transition to turbulence of a non-isothermal jet is performed without accounting for the vortex flow field. A the end of this simulation, a vortex model is superimposed on the jet flow field. The first part of this thesis describes the two approaches, the different subgrid models chosen for the large eddy simulations, and the numerical techniques employed. The second part is devoted to the jet flow simulation, and here the objective is to determine the subgrid model appropriated to this flow configuration. The third part is dedicated to the simulation of interaction between the jet and the vortex. Results are compared to experimental data. The simulations have demonstrated the development of large scale structures all around the vortex core. The temperature field concentrates in the large scale structures

Les résultats expérimentaux et l'application de la théorie des développements asymptotiques raccordés permettent de définir un système d'équations simplifiées qui regissent le mouvement. Les calculs sont confrontés aux mesures de brodshaw dans le cas d'un tourbillon longitudinal unique ou d'une paire de tourbillons contrarotatifs en interaction avec une couche limite turbulente de plaque plane initialement bidimensionnelle. Étude des phénomènes associés à la présence de la paroi ou liés à l'écoulement secondaire engendré par les tourbillons.

Une méthode numérique précise et efficace est proposée pour la simulation de corps déformables interagissant avec un écoulement incompressible. Les équations de Navier-Stokes, considérées dans leur formulation vorticité fonction de courant, sont discrétisées temporellement et spatialement à l'aide respectivement d'un schéma d'ordre 4 de Runge-Kutta et par des différences finies compactes. Grâce à l'utilisation d'un maillage uniforme, nous proposons un nouveau solveur direct au quatrième ordre pour l'équation de Poisson, permettant de garantir l'incompressibilité au zéro machine sur une grille optimale. L'introduction d'un corps déformable dans l'écoulement de fluide est réalisée au moyen d'une méthode de pénalisation de volume. La déformation du corps est imposée par l'utilisation d'un maillage lagrangien structuré mobile qui interagit avec le fluide environnant en raison des forces hydrodynamiques et du moment (calculés sur le maillage eulérien de référence). Une loi de contrôle efficace de la courbure d'un poisson anguilliforme nageant vers une cible prescrite est proposée. La méthode numérique développée prouve son efficacité et précision tant dans le cas de la nage du poisson mais aussi plus d'un grand nombre de problèmes d'interactions fluide-structure
We present an efficient algorithm for simulation of deformable bodies interacting with two-dimensional incompressible flows. The temporal and spatial discretizations of the Navier--Stokes equations in vorticity stream-function formulation are based on classical fourth-order Runge--Kutta and compact finite differences, respectively. Using a uniform Cartesian grid we benefit from the advantage of a new fourth-order direct solver for the Poisson equation to ensure the incompressibility constraint down to machine zero over an optimal grid. For introducing a deformable body in fluid flow, the volume penalization method is used. A Lagrangian structured grid with prescribed motion covers the deformable body which is interacting with the surrounding fluid due to the hydrodynamic forces and the torque calculated on the Eulerian reference grid. An efficient law for controlling the curvature of an anguilliform fish, swimming toward a prescribed goal, is proposed which is based on the geometrically exact theory of nonlinear beams and quaternions. Validation of the developed method shows the efficiency and expected accuracy of the algorithm for fish-like swimming and also for a variety of fluid/solid interaction problems

Les superfluides sont des fluides non visqueux dans lesquels la vorticité se concentre sur des filaments ayant une circulation quantifiée. Ces objets, appelés vortex quantiques, possèdent un comportement hydrodynamique. Expérimentalement, la dynamique des superfluides est souvent étudiée en utilisant des particules. Les particules sont aujourd’hui devenues l’outil principal pour visualiser les vortex quantiques. Dans cette thèse, nous étudions numériquement et analytiquement la dynamique des particules actives et de taille finie dans les superfluides. Le superfluide est modélisé avec l’équation Gross–Pitaevskii, tandis que les particules sont implémentées comme des potentiels répulsifs mobiles couplés avec la fonction d’onde macroscopique décrivant le superfluide. Le modèle est utilisé pour étudier l’interaction entre les particules et les tourbillons quantiques à très basse température. Cette première partie vise à donner un contexte théorique aux expériences actuelles dans lesquelles des particules macroscopiques sont utilisées pour échantillonner les vortex superfluides et la turbulence quantique. Plus précisément, nous abordons les problèmes suivants : la capture d’une particule par un vortex quantique, les reconnexions des filaments de vortex et la propagation des ondes Kelvin en présence de particules piégées, ainsi que la dynamique des particules dans la turbulence quantique en déclin. Dans la dernière partie du manuscrit, les effets de température finis sont étudiés dans le modèle Gross–Pitaevskii avec une troncature spectrale. L’objectif est de caractériser la dynamique des impuretés immergées dans un bain thermal et comment leur présence modifie les propriétés statistiques du fluide. En particulier, le mouvement aléatoire des impuretés et la dépendance en température du coefficient de frottement sont étudiés. Enfin, le clustering des impuretés et son effet sur les transitions de phase du condensat sont examinés
Superfluids are inviscid flows in which vorticity is supported on filaments with quantized circulation. Such objects, known as quantum vortices, exhibit a hydrodynamical behavior. Experimentally, the dynamics of superfluids has been studied by using particles, which nowadays have become the main tool for visualizing quantum vortices. In this Thesis, we study numerically and analytically the dynamics of active and finite-size particles in superfluids. The superfluid is modeled with the Gross–Pitaevskii equation, while the particles are implemented as moving repulsive potentials coupled with the macroscopic wave function describing the superfluid. Firstly, the model is used to investigate the interaction between particles and quantum vortices at very low temperatures. This part aims to give a theoretical background to the current experiments in which macroscopic particles are used to sample superfluid vortices and quantum turbulence. Specifically, we address the following problems: the capture of a particle by a quantum vortex, the reconnections of vortex filaments and the propagation of Kelvin waves in presence trapped particles and the dynamics of particles in decaying quantum turbulence. In the last part of the manuscript, finite temperature effects are studied in the Fourier-truncated Gross–Pitaevskii model. The goal is to characterize the dynamics of impurities immersed in a thermal bath and how their presence modifies the statistical properties of the fluid. In particular, the random motion of the impurities and the temperature dependence of the friction coefficient are studied. Finally, the clustering of impurities and its effect on the phase transitions of the condensate are investigated

En vue de comprendre et prévoir les modes de dispersion des polluants émis dans les zones urbanisées, des simulations numériques sont menées à haute résolution. L’objectif est de reproduire les caractéristiques atmosphériques au-dessus d’un milieu complexe urbanisé. On a développé une méthode précise de mise en œuvre des simulations numériques de l’atmosphère urbaine à haute résolution spatiale en se basant sur trois outils complémentaires, optimisés sur l’exemple de Marseille : le modèle atmosphérique SUBMESO, en mode SGE (simulation des grandes échelles), le modèle de sol pour les échelles sub-meso urbanisé SM2-U, le logiciel de cartographie des caractéristiques morphologiques de la canopée urbaine DFMap. Pour pouvoir simuler l'atmosphère de villes côtières, on a développé et validé une méthode de calcul des flux à l’interface mer – atmosphère adaptée aux données de température disponibles par mesure ou télédétection. Une étude de sensibilité est ensuite menée sur une configuration académique de ville dans son environnement rural et/ou côtier, à l’aide de douze simulations permettant d’évaluer les rétroactions entre le modèle de sol et le modèle atmosphérique. Cinq autres simulations sont effectuées sur la région marseillaise au cours d'une période d'observation intensive de la campagne expérimentale CLU – ESCOMPTE, avec trois grilles emboîtées, permettant la première validation du couple SUBMESO – SM2-U, l’analyse des interactions entre la ville, les systèmes de brise et la topographie, et aussi l’étude des champs turbulents à très haute résolution. La méthode développée peut être utilisée pour l’étude de la qualité de l’air d’autres agglomérations
In view of understanding and forecasting pollutant dispersion in urban areas, high resolution numerical simulations are performed. The aim is to reproduce atmospheric characteristics above complex urbanised site. An accurate method is developed to implement numerical simulations of the urban atmosphere based on three complementary tools, optimized on Marseille agglomeration example: the atmospheric Large Eddy Simulation model SUBMESO and the soil model for sub-meso scales, urban, SM2-U, and the DFMap software to map the morphological characteristics of urban fabrics. In order to simulate the atmosphere of coastal cities, a method to compute the fluxes at the sea - atmosphere interface is developing developed and validated. A sensitivity study is then carried on an academic configuration of a city and its rural and/or coastal environment, based on twelve simulations, in order to evaluate the retroactions of the soil and atmospheric models. Five other simulations of the Marseille area are performed with three nested grids during an intense observation period of the UBL – ESCOMPTE experimental campaign, allowing the first validation of the SUBMESO – SM2-U couple, an analysis of the interactions between the city, the breeze systems and the topography, and also very high resolution study of turbulent parameters. This method may be used to study the air quality of other urban areas

Dans le contexte des études sur les accidents graves dans les centrales nucléaires, la démonstration de la capacité de refroidissement des lits de particules de corium, matériau résultant de la fusion du coeur et véhiculant la puissance résiduelle, est d'une grande importance. De nombreux travaux expérimentaux, essentiellement 1D, ont démontré l'existence d'un flux critique d'assèchement au-delà duquel le refroidissement des particules par l'ébullition de l'eau interstitielle n'est plus assuré. L'interprétation et la modélisation du phénomène reposent sur l'équation hydrodynamique d'Ergun, adaptée aux écoulements diphasiques par le biais des coefficients de perméabilité et passabilité relatives. Cette équation, malgré son manque de justification théorique, est aujourd'hui généralisée dans les modèles multidimensionnels pour simuler des situations représentatives des cas réacteurs. Un programme expérimental original a été élaboré dans le but de fournir des données de validation pour ces modèles. Constitué de billes en acier chauffées par induction, le lit poreux a un rapport d'aspect choisi pour capter des phénomènes bidimensionnels, en l'occurence des circulations convectives de liquide. Des premières mesures de flux critique d'assèchement ont été obtenues dans le cas homogène pour différentes hauteurs de lit et diamètres de billes. La confrontation des essais avec de simulations numériques montrent les limites actuelles de la modélisation. Ces premiers résultats montrent la nécessité de raffiner la représentation du phénomène d'assèchement tant au niveau des conditions aux limites que des équations de quantité de mouvement.

L'impact économique des coûts de fabrication impose l'optimisation de l'usinabilité et donc le développement d'outils de modélisation de la coupe permettant l'étude ou la prévision des phénomènes rencontrés au cours de l'usinage. Cependant, la coupe des métaux est un phénomène complexe. Les différentes modélisations de la coupe utilisent des paramètres d'entrée, qui sont pour la plupart issus d'essais de coupe alors que les seules mesures facilement accessibles sont les efforts de coupe et la géométrie du copeau. La validation d'une simulation de la coupe est alors rendue délicate puisque les mêmes résultats expérimentaux ne peuvent être utilisés à la fois pour bâtir et valider la modélisation. Dans ce travail, nous étudions des méthodes d'analyses des résultats expérimentaux permettant d'une part d'informer la simulation numérique au niveau de l'interface outil-matière et d'autre part d'en assurer la validation expérimentale. A cette fin, nous choisissons de solliciter de différentes manières l'interface entre l'outil et la matière coupée en sélectionnant des outils possédant différents rayons d'arête, et en usinant un acier de type 42cd4 dans sa version normale et sa version à usinabilité améliorée. En conclusion des études expérimentales et numériques, nous notons que les effets locaux à l'arête ont une influence directe sur l'épaisseur du copeau et sur l'orientation de la résultante des efforts de coupe. L'analyse de l'orientation des directions principales de déformation du copeau ainsi qu'une méthode expérimentale de décomposition des efforts nous permettent de disposer de deux paramètres expérimentaux indépendants pouvant informer et valider la simulation numérique de la coupe