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Teses / dissertações sobre o tema "Lagrangienne"
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Wattez, Adrien. "Simulation de fluides, approche lagrangienne". Mémoire, Université de Sherbrooke, 2014. http://hdl.handle.net/11143/5940.
Texto completo da fonteResumo:
Avec la généralisation du recours à l’infographie dans l’industrie des loisirs, la demande concernant la production de scènes de simulation de fluides d’un réalisme croissant a fortement augmenté durant les deux dernières décennies. Nous proposons de nombreux éléments pertinents pour simuler le fluide, essentiellement tournés vers l’approche lagrangienne (les méthodes particulaires). Cette présentation a donc pour objet l’étude et la mise au point de techniques permettant de reproduire le comportement des fluides s’appuyant sur l’aspect particulaire du fluide. Les algorithmes de ces dernières années permettent un gain de performance significatif, nous permettant d’obtenir des simulations de fluides incompressibles en temps réel. L’usage des noyaux constants par morceaux, nouvel outil de calcul numérique, au sein de simulations de fluides dites lagrangiennes sera également abordé. Avec l’augmentation continue de la puissance de calcul et de nouvelles avancées telles que la programmation dite GPGPU, nous verrons également comment obtenir une recherche de voisinage efficace permettant d’augmenter grandement les performances de calcul.
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Stelzenmuller, Nickolas. "Étude Lagrangienne d'une turbulence inhomogène". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAI109/document.
Texto completo da fonteResumo:
Une turbulence inhomogène est étudiée expérimentalement dans un contexte lagrangien. La mesure des trajectoires de traceurs lagrangiens et de particules inertielles a été effectuée dans un canal plan turbulent et a été utilisée pour obtenir des statistiques lagrangiennes conditionnées à leur distance initiale par rapport à la paroi. Ces mesures à haute résolution en temps et en espace fournissent les trois composantes de la position, la vitesse et l'accélération le long de la trajectoire d'une particule individuelle depuis des distances très proches de la paroi (~10 unités de paroi) jusqu'au centre du canal. Les corrélations temporelles lagrangiennes ont permis la mesure directe des échelles de temps de la vitesse et l'accélération dans chacune des trois directions. Ces échelles caractérisent l'inhomogénéité et l'anisotropie du canal turbulent dans une perspective lagrangienne. Une anisotropie à petite échelle, quantifiée par la "skewness", et les corrélations entre composantes de l'accélération sont observées dans tout le canal. Une séparation d'échelle significative entre les composantes de l'accélération et son amplitude a été mesurée au travers du canal notamment dans la zone proche de la paroi. Deux classes de particules inertielles ont été étudiées permettant ainsi la comparaison directe entre statistiques des traceurs et des non-traceurs dans la zone de fort cisaillement et de forte anisotropie proche de la paroi jusqu'à la région plus homogène du centre. Les propriétés statistiques des particules inertielles dans le canal turbulent sont significativement différentes de celles observées en turbulence homogène isotrope. Ces statistiques sont les ingrédients nécessaires à la construction de modèles stochastiques lagrangiens pour la prédiction de la dispersion et du mélange en turbulence inhomogèneInhomogeneous turbulence is experimentally investigated in a Lagrangian framework. Measurements of tracer and non-tracer particles in a turbulent channel were made, and were used to extract Lagrangian statistics conditioned on their initial distance to the channel wall. Highly resolved in time and space, these measurements provide the three components of position, velocity, and acceleration along a particle trajectory from very close to the channel wall ($y^+approx 10$) to the channel center. Lagrangian time correlations allow the direct measurement of velocity and acceleration timescales in each direction, and characterize the inhomogeneity and anisotropy of the turbulent channel from the Lagrangian perspective. Small scale-anisotropy, characterized by the skewness and the correlation of the components of the acceleration, was found to be significant throughout the channel. Significant scale separation between the magnitude and components of acceleration was found across the channel, even in the near-wall region. Two classes of non-tracer particle trajectories were also measured, allowing direct comparison of tracer and non-tracer statistics from the highly-sheared anisotropic zone near the channel wall to the more homogeneous outer layer. Non-tracer acceleration statistics in the turbulent channel were found to be significantly different from similar results in homogeneous, isotropic turbulence. These statistics are necessary components of advanced Lagrangian stochastic models to predict dispersion and mixing in inhomogeneous turbulence
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ZOUARI, NAJET. "Dispersion lagrangienne en turbulence bidimensionnelle". Paris 6, 1990. http://www.theses.fr/1990PA066778.
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Un champ de turbulence bidimensionnelle est caracterise par trois elements de base: les structures coherentes ou la rotation domine, un premarecage turbulent a la peripherie des tourbillons qui est domine par les deformations et, enfin, un marecage constitue par le milieu residuel entre les tourbillons ou la rotation equilibre la deformation. Dans le cadre de cette topographie nous etudions les comportements statistiques de la dispersion lagrangienne aux differentes echelles d'espace et de temps en considerant deux points essentiels: i) les limites de tolerance des approches purement euleriennes; ii) les ouvertures favorisees par les analyses lagrangiennes. Nous proposons une modelisation qui permet de cartographier la valeur asymptotique a grande echelle du coefficient de dispersion absolue dans le cas non homogene et qui complete celle deja existante dans le cas homogene 2-d. La dispersion relative dans les cascades d'enstrophie et d'energie est ensuite etudiee analytiquement et a l'aide des experiences numeriques. Nous nous interessons en particulier a ses comportements statistiques dans le domaine inertiel de la cascade d'energie et analysons les conditions d'observations de la loi auto-similaire de richardson. Nous montrons qu'il existe des zones privilegiees d'affluence particulaire au sein desquelles les predictions auto-similaires sont mieux verifiees et qui sont des sieges de mecanisme de cascade inverse. Nous proposons, enfin, une nouvelle formulation de la loi de richardson dans la cascade d'energie d'une turbulence bidimensionnelle
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Clain, Gaëlle. "Etude des sources d'ozone avec une approche lagrangienne". Phd thesis, Université de la Réunion, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01057143.
Texto completo da fonteResumo:
Il a été démontré que l'ozone troposphérique mesuré à la Réunion subit à la fois l'influence des feux de biomasse d'Afrique du Sud et de Madagascar, mais aussi l'influence d'intrusions stratosphériques. Situé à 21° Sud, le site est fortement influencée par le courant jet subtropical en hiver austral mais aussi au printemps austral. Le début des mesures d'ozone troposphérique à la Réunion date de 1992 avec les premiers radiosondages. L'installation d'un lidar dial a permis d'enrichir les mesures d'ozone troposphérique à partir de 1998. Des mesures d'ozone par radiosondages ont également lieu à Irene en Afrique du Sud depuis 1990. En 1998, les sites d'Irene et de la Réunion ont intégré le réseau SHADOZ (Thompson et al. , 2003). Les travaux présentés visent à analyser la base de données ozone de la Réunion avec une approche lagrangienne afin de déterminer l'influence relative des sources photochimique et stratosphérique sur l'ozone troposphérique. Ce travail commence par une étude comparative de la climatologie et des tendances de l'ozone troposphérique pour deux sites de la région : l'île de la Réunion et Irene en Afrique du Sud. Les tendances de l'ozone troposphérique ont été calculées sur l'ensemble de la base de données de la Réunion et d'Irene à la fois sur la colonne troposphérique totale et aussi en subdivisant la troposphère en couches atmosphériques représentatives de la basse, moyenne et haute troposphère. Ce travail d'examen des données, de bilan climatologique et de calcul de tendances a permis de mettre en évidence les caractéristiques spécifiques des données, les caractéristiques climatologiques de l'ozone troposphérique dans la région et de poser une hypothèse sur l'évolution des sources d'ozone dans la région. Par la suite, l'analyse de la base de données ozone de la Réunion à l'aide de l'outil trajectographique lagrangien Lacytraj a permis de mettre en évidence la saisonnalité des intrusions stratosphériques ainsi que leurs caractéristiques saisonnières à savoir la profondeur des intrusions, le rapport de mélange en ozone associé aux masses d'air d'origine stratosphérique, les distributions verticales saisonnières des intrusions stratosphériques.
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Clain, Gaëlle. "Étude des sources d'ozone avec une approche lagrangienne". La Réunion, 2009. http://elgebar.univ-reunion.fr/login?url=http://thesesenligne.univ.run/09_15_clain.pdf.
Texto completo da fonteResumo:
Il a été démontré que l'ozone troposphérique mesuré à la Réunion subit à la fois l'influence des feux de biomasse d'Afrique du Sud et de Madagascar, mais aussi l'influence d'intrusions stratosphériques. Situé à 21° Sud, le site est fortement influencée par le courant jet subtropical en hiver austral mais aussi au printemps austral. Le début des mesures d'ozone troposphérique à la Réunion date de 1992 avec les premiers radiosondages. L'installation d'un lidar dial a permis d'enrichir les mesures d'ozone troposphérique à partir de 1998. Des mesures d'ozone par radiosondages ont également lieu à Irene en Afrique du Sud depuis 1990. En 1998, les sites d'Irene et de la Réunion ont intégré le réseau SHADOZ (Thompson et al. , 2003). Les travaux présentés visent à analyser la base de données ozone de la Réunion avec une approche lagrangienne afin de déterminer l'influence relative des sources photochimique et stratosphérique sur l'ozone troposphérique. Ce travail commence par une étude comparative de la climatologie et des tendances de l'ozone troposphérique pour deux sites de la région : l'île de la Réunion et Irene en Afrique du Sud. Les tendances de l'ozone troposphérique ont été calculées sur l'ensemble de la base de données de la Réunion et d'Irene à la fois sur la colonne troposphérique totale et aussi en subdivisant la troposphère en couches atmosphériques représentatives de la basse, moyenne et haute troposphère. Ce travail d'examen des données, de bilan climatologique et de calcul de tendances a permis de mettre en évidence les caractéristiques spécifiques des données, les caractéristiques climatologiques de l'ozone troposphérique dans la région et de poser une hypothèse sur l'évolution des sources d'ozone dans la région. Par la suite, l'analyse de la base de données ozone de la Réunion à l'aide de l'outil trajectographique lagrangien Lacytraj a permis de mettre en évidence la saisonnalité des intrusions stratosphériques ainsi que leurs caractéristiques saisonnières à savoir la profondeur des intrusions, le rapport de mélange en ozone associé aux masses d'air d'origine stratosphérique, les distributions verticales saisonnières des intrusions stratosphériquesEmissions of ozone precursors by biomass burning activity in south Africa and Madagascar and stratospheric intrusions are the two sources controlling tropospheric ozone at Reunion. Located at 21°S, the site is strongly impacted by the subtropical jet stream activity during austral winter and spring. Ozone measurements at Reunion started in 1992 with the first radiosoundings. The measurements were enriched from 1998 with the installation of a LIDAR at the station. Ozone radiosonde measurements are also performed at Irene (South Africa) since 1990. In 1998, Irene and la Reunion joined the SHADOZ network (Thompson et al. 2003). The study presented here intend to analyse the ozone database with a lagrangian approach in order to compare the impact of photochemical and stratospheric sources on the tropospheric ozone burden in the region. This work starts with a comparative study of tropospheric ozone climatology and trends at two regional sites: La Reunion and Irene. The tropospheric ozone trends have been calculated both considering the whole tropospheric column and dividing the troposphere into three atmospheric sections standing for lower, middle and upper troposphere. The examination of data, the climatological studies and the trend calculations have revealed the specific features of data, the climatological characteristics of tropospheric ozone in the region and allowed to hypothesize on the importance of regional sources. The analysis of the ozone database at Reunion with the lagrangian trajectory code Lacytraj revealed the seasonal behaviour of stratospheric intrusions, their seasonal features such as the depth of intrusions, the value of ozone mixing ratio in stratospheric air masses and vertical seasonal distributions of stratospheric intrusions
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Idrissi, Kaitouni. "Contribution à la modélisation lagrangienne des robots manipulateurs". Compiègne, 1985. http://www.theses.fr/1985COMPS131.
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Mordant, Nicolas. "Mesure lagrangienne en turbulence : mise en oeuvre et analyse". Phd thesis, Ecole normale supérieure de lyon - ENS LYON, 2001. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00003926.
Texto completo da fonteResumo:
Le but de cette thèse est l'étude expérimentale de la turbulence du point de vue lagrangien. On cherche donc à suivre une particule de fluide pendant un temps supérieur au temps caractéristique des grandes échelles. Pour ce faire, nous avons mis au point une nouvelle technique de mesure de vitesse lagran- gienne dans un écoulement turbulent à haut nombre de Reynolds. Le principe choisi est basé sur l'utilisation de l'effet Doppler d'une onde ultrasonore monochromatique diffusée par une petite par- ticule solide. Le signal diffusé est reçu par un réseau de récepteurs et mis en forme par une électro- nique rapide et ultrafaible bruit conçue spécialement au cours de ce travail. Pour extraire la modula- tion de fréquence due à la vitesse, nous avons développé un algorithme d'estimation spectrale basé sur une méthode de maximum de vraisemblance approché couplé à un filtre de Kalman. Nous avons ainsi accès à la vitesse lagrangienne sur des échelles temporelles englobant le régime inertiel et les grandes échelles de l'écoulement. Le champ de vitesse est gaussien à décorrélation temporelle exponentielle. On obtient ainsi un spectre temporel à décroissance conforme à la prédiction de la théorie de Kolmogorov 41. Le régime inertiel lagrangien se prolonge jusqu'à des échelles temporelles inférieures au temps de Kolmogorov. On observe une intermittence lagrangienne plus intense (en termes de courbure des exposants de structure) que pour le champ eulérien et dont l'intensité ne peut être reproduite par le modèle usuel basé sur la dissipation. Cette intermittence est liée à l'existence de corrélations tempo- relles très longues de la valeur absolue des incréments temporels de vitesse.
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Liechtenstein, Lukas. "Dynamique eulérienne et lagrangienne des écoulements turbulents stratifiés tournants". Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2005. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/lliechtenstein.pdf.
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La simulation numérique directe de la turbulence stratifiée tournante développe des structures organisées dans l'écoulement. La visualisation des surfaces iso-enstrophiques montre des structures aplaties (galettes) lorsque la stratification est dominante, alors que des surfaces allongées verticalement (cigares) sont observées lorsque la rotation domine. Les statistiques eulériennes de second ordre en un temps présentent des différences significatives entre les dynamiques linéaires et non linéaires. Les statistiques linéaires engendrent un développement marginal de l'anisotropie seulement. La non linéarité de l'écoulement est responsable de la formation des structures cohérentes mentionnées ci-dessus. Celles-ci sont liées à l'anisotropie des statistiques obtenues par la simulation directe. Ces différences sont illustrées par les spectres directionnels, qui montrent des caractéristiques spécifiques de la turbulence anisotrope. La turbulence à dominante rotationelle montre une forte anisotropie aux plus petites échelles et une anisotropie faible aux échelles énergétiques, à la fois dans les composantes poloïdales et toroïdales du champ de vitesse. Le cas à dominante stratifiée présente une forte anisotropie des échelles intermédiaires, limitée à la composante toroïdale. Le spectre de l'énergie poloïdale est similaire au spectre de l'énergie potentielle et reste quasi-isotrope. Les statistiques lagrangiennes ne permettent pas de distinguer les dynamiques linéaires et non linéaires. Nous avons comparé ces statistiques par trois méthodes. La première est un modèle strictement linéaire qui utilise des statistiques eulériennes en deux temps (RTH/SCH). Les autres méthodes résolvent l'équation d'advection des particules dans un écoulement à évolution temporelle linéaire (KS) ou non linéaire (DNS). Malgré des différences d'ordre quantitatif, les statistiques générées par les trois méthodes sont remarquablement similaires. Nous concluons que la non linéarité est nécessaire à la rupture de l'isotropie des statistiques eulériennes de second ordre en un temps. Cependant, des anisotropies peuvent apparaître également en utilisant les statistiques eulériennes de second ordre en deux temps. Celles-ci représentent un concept intrinsèque au formalisme lagrangienDirect numerical simulations of stably stratified and rotating turbulence develop characteristic coherent structures in the flow. When looking at iso-enstrophy surfaces, flat pancakes for dominant stratification or vertically elongated cigars for dominant rotation are observed. The linear and the nonlinear evolution of single-time second order Eulerian statistics differ significantly. Linear dynamics only show a marginal development of anisotropy. Nonlinear dynamics are responsible for the formation of the typical structures mentioned above, which can be associated with anisotropy in second order Eulerian statistics generated by DNS. This is illustrated by directional spectra which show characteristic features for anisotropic turbulence. Dominantly rotating turbulence shows a high anisotropy at the smallest scales and a weak anisotropy at energy containing scales, both in the toroidal and poloidal parts of the velocity field. Dominantly stratified cases show a high anisotropy only in the toroidal part and at intermediate scales. The poloidal energy spectrum is similar to the potential energy spectrum namely exhibiting a high degree of isotropy. When looking at Lagrangian statistics, the differences between linear and nonlinear dynamics melt away. We compare Lagrangian statistics by three methods. The first is a strictly linear model which uses two-time Eulerian statistics (RDT/SCH). The second and third methods solve the nonlinear particle advection equation in flow fields with linear (KS) and nonlinear (DNS) time evolutions. Although quantitative differences appear, the similarity of the statistics generated by the three methods is remarkable. We conclude that a nonlinearity is needed to break single-time second order isotropy. However, isotropy can be broken with linear dynamics by using second order statistics evaluated at different times, a concept intrinsic to the Lagrangian formalism
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Mordant, Nicolas. "Mesure lagrangienne en turbulence : mise en uvre et analyse". Lyon, École normale supérieure (sciences), 2001. http://www.theses.fr/2001ENSL0199.
Texto completo da fonteResumo:
Le but de cette these est l'etude experimentale de la turbulence du point de vue lagrangien. On cherche donc a suivre une particule de fluide pendant un temps superieur au temps caracteristique des grandes echelles. Pour ce faire, nous avons mis au point une nouvelle technique de mesure de vitesse lagrangienne dans un ecoulement turbulent a haut nombre de reynolds. Le principe choisi est base sur l'utilisation de l'effet doppler d'une onde ultrasonore monochromatique diffusee par une petite particule solide. Le signal diffuse est recu par un reseau de recepteurs et mis en forme par une electronique rapide et ultra faible bruit concue specialement au cours de ce travail. Pour extraire la modulation de frequence due a la vitesse, nous avons developpe un algorithme d'estimation spectrale base sur une methode de maximum de vraisemblance approche couple a un filtre de kalman. Nous avons ainsi acces a la vitesse lagrangienne sur des echelles temporelles englobant le regime inertiel et les grandes echelles de l'ecoulement. Le champ de vitesse est gaussien a decorrelation temporelle exponentielle. On obtient ainsi un spectre temporel a decroissance conforme a la prediction de la theorie de kolmogorov 41. Le regime inertiel lagrangien se prolonge jusqu'a des echelles temporelles inferieures au temps de kolmogorov. On observe une intermittence lagrangienne plus intense (en termes de courbure des exposants de structure) que pour le champ eulerien et dont l'intensite ne peut etre reproduite par le modele usuel base sur la dissipation. Cette intermittence est liee a l'existence de correlations temporelles tres longues de la valeur absolue des increments temporels de vitesse.
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Gasteuil, Yoann. "Instrumentation Lagrangienne en Turbulence : Mise en œuvre et Analyse". Lyon, École normale supérieure (sciences), 2009. http://www.theses.fr/2009ENSL0541.
Texto completo da fonteResumo:
Le but de ce travail de thèse est l'étude expérimentale de la turbulence du point de vu lagrangien. Pour ce faire, nous avons développé une nouvelle technique de mesure. Nous avons mis au point des sondes instrumentés, enfermées dans coquilles sphériques de 1. 5-2 cm de diamètre. Elles comprennent une pile, un circuit électronique, des capteurs et une liaison radiofréquence pour la récupération de données. L'ensemble est de la même densité que le fluide environnant (eau). Le premier instrument mesure la température et a été utilisé dans la convection de Rayleigh-Bénard. Nous avons obtenu une vision inédite du rôle des panaches thermiques dans le transport de chaleur. Afin d'étudier les forces imposées sur un objet advecté par un fluide turbulent, nous avons développé un second instrument, mesurant l'accélération tridimensionnelle subie par la sonde. Des mesures ont été effectuées dans des écoulements de von Kármán ainsi que dans un écoulement de Couette sphérique de grande taille à l'université du Maryland. Ces études soulèvent la question de la dynamique à six degrés de liberté - rotation et translation - d'une sphère advectée dans un écoulement turbulent. Ces propriétés ont été étudiées par un suivi optique de position et d'orientation. La dynamique de translation est étonnamment proche de celle d'un traceur lagrangien et la dynamique angulaire présente une intermittence très importanteThe aim of this PhD thesis is the experimental study of turbulence from a Lagrangian point of view. To do so, we have designed a new measurement based on the use of active instrumented probes. We have developed "instrumented particles" in the form of spherical shells with a diameter of 1. 5-2 cm. They include a battery, an electronic circuit, sensors and a radio frequency transmitter as a data link to the lab. The whole system is neutrally buoyant with respect to the surrounding fluid (water). The first instrumented particle includes a temperature measurement and has been used in a Rayleigh-Bénard convection cell. It gives an original insight on the role of thermal plumes in the transport of heat. In view of studying forces on objects advected by turbulent flows, a second probe has been designed which includes a 3-dimensional measurement of the acceleration of the sphere. Measurements have been made in a von Kármán flow, and also in a very large spherical Couette flow at the University of Maryland. These studies have raised the question of the 6-dimensional dynamics - translation and rotation - of a sphere advected by a turbulent flow field. This issue has been addressed in detail from optical tracking of the sphere positions and orientations. The dynamics of translation is found to be surprisingly similar to that of Lagrangian tracer particles and the dynamics of orientation has revealed a surprisingly high level of intermittency
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Liechtenstein, Lukas Cambon Claude. "Dynamique eulérienne et lagrangienne des écoulements turbulents stratifiés tournants". Ecully : Ecole centrale de Lyon, 2005. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/lliechtenstein.pdf.
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Muller, Héloïse. "Étude de la circulation résiduelle lagrangienne en mer d'Iroise". Brest, 2008. http://www.theses.fr/2008BRES2050.
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La mer d’Iroise est une zone particulière qui possède une structure hydrologique et un hydrodynamisme singuliers. Les forts courants de marée dont elle est le siège participent en été a la création de fronts thermiques. Ces zones frontales permettent le développement d’une activité biologique intense. Par ailleurs, la zone Iroise se distingue par un trafic maritime très dense. Que ce soit en termes de prévention ou en temps de crise, il est essentiel de comprendre la circulation résiduelle lagrangienne dans la zone. Cette compréhension repose sur l’évaluation des contributions respectives des différents mécanismes physiques (la marée, le vent et les gradients de densité) à cette circulation résiduelle lagrangienne. La cartographie de la circulation résiduelle lagrangienne de la zone a été étudiée selon trois angles d’approche complémentaires. Les deux premiers consistent à calculer les courants résiduels lagrangiens sur un nombre fini de cycles de l’onde de marée M2 grâce à l’utilisation d’une méthode numérique de suivi de particules advectées dans des champs de courant de surface mesures par radar HF ou simulés avec un modèle d’océan. La troisième approche est une analyse fine des trajectoires suivies par des bouées dérivantes lâchées dans la zone. Afin d’obtenir des résultats pertinents, une modélisation haute résolution de la mer d’Iroise a été mise en place, suivie par le développement d’une méthodologie de calcul des courants résiduels lagrangien de la zone à partir de n’importe quels champs de courant instantanés grilles et enfin par la description de la circulation résiduelle lagrangienne de la zone basée sur l’identification de scénarios typesThe aim of this work is to assess the lagrangian residual circulation in the Iroise sea and to evaluate the relative contribution of the different physical processes at play. We calculate water displacements with a diagnostic lagrangian tool that computes the full trajectories of fictive particles advected in a given velocity field. The lagrangian residual circulation is inferred from trajectories integrated over an appropriate period. This analysis is applied both to ocean model ouputs and genuine, gridded current measurements. These two sources of data are indeed complementary to study the lagrangian residual circulation according to the impact of the physical processes at play. We used sea surface currents measured by HF radars and surface currents computed with a 3D ocean model, forced by high resolution meteorological data from an atmospheric model. The lagrangian residual currents are compared to genuine movements of drifters. Our analyses and diagnoses provide a realistic description of the lagrangian residual circulation in the Iroise sea and evaluate the influence of the different driving mechanisms that govern it. We determine the contribution of tides, wind and density gradients by analysing HP radars, surface currents during winter and summer, weak and strong wind conditions idealize numerical simulations that switch on and off each individual physical processes help us refine our conclusions. To exploit this process study in terms of operational oceanography, we draw map of the lagrangian residual circulation over five M2 tidal cycles in the Iroise sea. We provide representative samples of various meteorological and oceanic situations
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Lê, Thanh-Tâm. "Surfaces lagrangiennes dans les surfaces projectives complexes". Paris 7, 2002. http://www.theses.fr/2002PA077104.
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Gervais, Philippe. "Mesure acoustique de vitesse lagrangienne dans un jet d'air turbulent". Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011343.
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Le but de cette thèse est l'étude expérimentale de la turbulence dans un jet d'air du point de vue lagrangien. Le repérage des particules fluides a été fait à l'aide de bulles de savon de diamètre millimétrique, gonflées à l'hélium pour que leur densité soit celle de l'air. Un système de mesure original, basé sur l'effet Doppler acoustique, a permis de mesurer simultanément les trois composantes du vecteur vitesse des bulles. La dynamique temporelle et spatiale utile donne accès à l'essentiel de la gamme inertielle. Les composantes de vitesse ont des densités de probabilité gaussiennes, et sont statistiquement indépendantes entre elles. Les autocorrélations ont des formes très proches d'une exponentielle. Les deux composantes transverses sont indiscernables mais diffèrent de la composante longitudinale. L'utilisation d'un écoulement avec une vitesse moyenne a autorisé la mesure simultanée de vitesses eulériennes. Les densités de probabilité des vitesses lagangienne et eulérienne ont été trouvées très proches. Le temps intégral est plus faible dans le cas eulérien, à position dans le jet donnée. L'intermittence, mesurée par le facteur d'aplatissement des incréments de vitesse, est plus prononcée dans le cas lagrangien, avec un domaine inertiel plus restreint. D'autre part, une intercorrélation significative existe entre les composantes longitudinales de vitesse lagrangienne et eulérienne, mais pas entre composantes transverse et longitudinale. Ceci suggère que le mécanisme sous-jacent a une origine non purement scalaire.
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Chermain, Xavier. "Simulation d'effets aérodynamiques et hydrodynamiques basée sur une méthode lagrangienne". Mémoire, Université de Sherbrooke, 2016. http://hdl.handle.net/11143/8391.
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Ce mémoire présente une nouvelle méthode pour simuler de l'air en interaction avec des solides en se basant sur le modèle particulaire Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH). Après avoir rappelé les bases de SPH ainsi que ses variantes incompressibles WCSPH et PCISPH pour simuler de l'eau, nous présentons un modèle de simulation d'air réaliste permettant de simuler des effets aérodynamiques. Par exemple nous arrivons à faire léviter une balle dans un flux d'air grâce à une gestion des interactions air-solide dans les deux sens. Nous proposons aussi une initialisation simple et rapide pour échantillonner rapidement l'air avec des particules SPH tout en prenant en compte les objets solides de la scène 3D. La technique consiste à échantillonner le domaine en se basant sur une grille uniforme puis à abaisser progressivement la densité cible appellé aussi densité au repos poussant les particules d'air à occuper tout l'espace de la simulation. Cette diminution s'arrête lorsque la densité cible vaut la densité moyenne des particules, c'est-à-dire la somme des densités des particules divisée par le nombre total de particules de fluides. Les résultats obtenus ont été comparés avec des expériences réelles dans le but de valider notre modèle.
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Gueye, Serigne Abdoulaye. "Linéarisation et relaxation lagrangienne pour problèmes quadratiques en variables binaires". Avignon, 2002. http://www.theses.fr/2002AVIG0131.
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Un problème quadratique en variables binaires est un problème d'optimisation en variables binaires consistant à minimiser une fonction objectif quadratique sous des contraintes linéaires. Dans le cas général, c'est un problème dificile à résoudre de manière exacte (NP- difficile), trouvant de nombreuses applications pratiques. La résolution exacte du problème passe par la détermination de bornes inférieures qu'il convient d'intégrer dans des schémas de séparation et évaluation progressive (ou Branch-and-Bound). Plusieurs techniques, allant de la programmation semi-définie positive à l'optimisation globale, sont utilisées pour déterminer ces bornes. Nous nous sommes particulièrement intéressés aux méthodes lagrangiennes et aux techniques de linéarisation. Nous avons traité dans cette thèse deux instances particulières du problème : "la bipolarisation de graphes avec contrainte de cardinalité" et "le problème quadratique en variables binaires sans contrainte". Pour la bipartition de graphes, nous avons proposé une démarche hybride mêlant relaxation lagrangienne et linéarisation de problème. Les tests numériques, issus de l'algorithme résultant, ont montré des améliorations significatives par rapport à certaines techniques existantes. Pour le problème quadratique en variables binaires sans contrainte, des études sur les techniques de linéarisation ont été effectuées. Elles consistent à remplacer la fonction objectif quadratique par une forme linéaire, grâce à l'ajout de variables permettant de remplacer les parties quadratiques de la fonction. L'ajout de ces variables entraînent [sic] aussi l'ajout de contraintes visant à s'assurer de la validité du remplacement. Après étude et tests des linéarisations existantes, nous unifions ces techniques dans un schéma général de linéarisation. De nouveaux modèles ont, grâce à ce schéma , vu le jour et améliorent significativement les résultats numériques des formulations linéaires précédentesA quadratic 0/1 problem is an optimization problem where a quadratic objective function, subject to linear contraints, have to be minimized. In the general case, the problem is NP-Hard and arises in mathematical modeling of several real world applications. Exact methods, for solving the problem, are based on Branch-and-Bound scheme for which the corresponding lower bands may be divided in four groups : Semidefinite Relaxations, Lagrangean Relaxations, Posiform Methods and Linearization Techniques. In this thesis, linearization and lagrangean relaxation techniques have been particularly studied. Two instances of the general quadratic problem have been considered : "the graph bipartitioning problem and the unconstrained quadratic 0/1 problem". For the graph bipartitioning problem, an hybrid scheme, mixing linearization and lagrangean relaxations, have been proposed. The new scheme provides significative improvements compared to the state-of-the-art approaches. For the unconstrained quadratic 0/1 problem, a general linearization framework, unifying and generalizing the existing linearization techniques have been proposed. Based on this new framework, including many linear models, some new linearizations have been tested. In comparison with existing linearizations, many encouraging results have been noticed in the numerical tests
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Desjonqueres, Philippe. "Modélisation lagrangienne du comportement de particules discrètes en écoulement turbulent". Rouen, 1987. http://www.theses.fr/1987ROUES004.
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Cartes, Carlos. "Dynamique Eulerienne-Lagrangienne généralisée et caractérisation de la reconnexion diffusive". Paris 6, 2008. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00293446.
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Cette thèse est basée sur la représentation Eulerienne-Lagrangiene de la vitesse, qui nous appelons la transformation de Weber-Clebsch. Constantin a construit en 2002 une extension de la description de Weber-Clebsch des fluides parfaits aux fluides visqueux. La nécessité de réinitialiser périodiquement les coordonnées Lagrangiennes à été interprété par Constantin comme un diagnostique de la reconnexion de la vorticité. Le système de Constantin est contenu dans notre formulation, qui est plus générale, dans une limite singulière. Pour comparer les résultats obtenus en utilisant notre formulation généralisée à ceux qui sont obtenus dans la formulation de Constantin nous avons procédé à des simulations numériques d'un certain nombre d'écoulements obéissants aux équations de Navier-Stokes. Des extensions à la magnéto hydrodynamique et aux fluides compressibles sont également proposées et validées numériquement.
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Desjonqueres, Philippe. "Modélisation lagrangienne du comportement de particules discrètes en écoulement turbulent". Grenoble 2 : ANRT, 1987. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37604502d.
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Schatz, Simon. "Sur la topologie des sous-variétés lagrangiennes monotones de l'espace projectif complexe". Thesis, Strasbourg, 2016. http://www.theses.fr/2016STRAD033/document.
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Les sous-variées isotropes maximales en géométries symplectique sont appelées lagrangiennes ; parmi celles-ci on distingue les lagrangiennes monotones. Historiquement leur définition est motivée en partie par la construction de l'homologie de Floer lagrangiennes ; elles présentent ainsi une classe plus rigide, moins étendue, de lagrangiennes. Ce manuscrit établit une contrainte sur le groupe fondamental de certaines lagrangiennes monotones, qui s'applique en particulier lorsque la variété symplectique ambiante est l'espace projectif complexe. Une des conséquences du théorème principal est d'exclure toute une classe d'exemples classiques de lagrangiennes, due à L. Polterovich, du cas monotone. Elle conduit également à une discussion sur les topologies possibles en dimension 3This thesis establishes a topological constraint on the fundamental group of some monotone Lagrangien. One useful consequence is to rule out a class of examples of Lagrangians due to L. Polterovich as monotone ones. It also leads to a discussion on the possible topologies en dimension 3
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Cartes, Carlos. "Dynamique Eulerienne-Lagrangienne et généralisée et caracterisation de la reconnexion diffusive". Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00293446.
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Cette théese est basée sur la représentation Eulerienne-Lagrangiene de la vitesse, qui nous appelons la transformation de Weber-Clebsch.Constantin a construit en 2002 une extension de la description de Weber-Clebsch des fluides parfaits aux fluides visqueux. La nécessité de réinitialiser périodiquement les coordonnées Lagrangiennes à été interprété par Constantin comme un diagnostique de la reconnexion de la
vorticité. Le système de Constantin est contenu dans notre formulation, qui est plus générale, dans une limite singulière.
Pour comparer les résultats obtenus en utilisant notre formulation généralisée à ceux qui sont obtenus dans la formulation de
Constantin nous avons procédé à des simulations numériques d'un certain nombre d'écoulements obéissants aux équations de Navier
Stokes.
Des extensions à la magnéto hydrodynamique et aux fluides compressibles sont également proposées et validées numériquement.
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Chevillard, Laurent. "Description multifractale unifiée du phénomène d'intermittence en turbulence Eulérienne et Lagrangienne". Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00007454.
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Le formalisme multifractal de Parisi et Frisch, ainsi que l'approche du propagateur de Castaing et collaborateurs, permettent de décrire de manière quantitative, dans le domaine inertiel, les statistiques des incréments de vitesse longitudinale en turbulence pleinement développée. Dans ce mémoire de doctorat, nous montrons que la physique liée aux effets dissipatifs, complètement pilotée par le nombre de Reynolds local, a des conséquences non triviales sur les statistiques des incréments de vitesse Eulérienne. A l'aide d'arguments dimensionnels simples, nous proposons une formalisation précise, dans le cadre du formalisme multifractal, de "l'accélération" du propagateur observée dans le domaine dissipatif intermédiaire, entre le domaine inertiel et le domaine dissipatif profond dans lequel les statistiques des incréments deviennent indépendantes de l'échelle. Nous montrons en particulier qu'il est possible, pour un nombre de Reynolds donné, de calculer la densité de probabilité des incréments de vitesse à toutes les échelles, moyennant une fonction paramétrable DE(h), qui sera assimilée au spectre des singularités dans la limite des nombres de Reynolds infiniment grands. Nous discutons aussi comment adapter notre formalisme pour rendre compte du phénomène de Skewness. Nous montrons qu'il est possible de généraliser notre approche à une description unifiée des fluctuations de vitesse Lagrangienne. Nous comparons nos prédictions théoriques avec des données expérimentales et numériques. Cette étude permet d'estimer le spectre DL(h) des singularités de la turbulence Lagrangienne et d'en démontrer le caractère universel. Nous évoquons ensuite la possibilité d'établir une transformation formelle entre les spectres des singularités de la turbulence Eulérienne DE(h) et de la turbulence Lagrangienne DL(h). Pour conclure, nous généralisons notre approche aux statistiques d'ordre supérieur afin de tester divers modèles de cascade sur des données expérimentales et numériques.
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Erawan, Dadang. "Contribution à la simulation numérique des nappes tourbillonnaires en description Lagrangienne". Poitiers, 1995. http://www.theses.fr/1995POIT2278.
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Ce travail est relatif a la simulation numerique d'ecoulements tridimensionnels instationnaires autour de voilures (minces ou epaisses), avec comme hypotheses restrictives: ecoulement incompressible et peu diffusif. De tels ecoulements sont generalement caracterises par un champ de vorticites concentre dans une zone de faible epaisseur (nappe). Nous avons en premier lieu rappele une methode lagrangienne dont le principe consiste a substituer au champ de vorticite une repartition spatiale discrete de particules portant une intensite tourbillonnaire. Cette methode, appelee methode particulaire, a ete introduite dans le cadre d'ecoulement non diffusif. Il nous est apparu que son extension au cas diffusif pose certains problemes aussi bien sur le plan conceptuel que sur le plan technique, notamment en presence de parois solides. Nous nous sommes alors places dans le cadre de grands nombres de reynolds. Sous cette hypothese, il nous a semble plus coherent de formuler la methode particulaire a partir d'une modelisation surfacique de la nappe tourbillonnaire. Pour cela, nous avons utilise une representation parametrique de la surface de glissement (modele de la nappe). Dans un ecoulement autour de voilures, la surface de glissement est constituee d'une partie attachee (couches limites) et d'une partie libre (sillage). La methode des singularites surfaciques est alors utilisee pour traiter la partie attachee et la methode particulaire pour la partie libre. Ces deux methodes sont raccordees au travers d'un schema d'emission dont l'expression s'est deduite a l'aide d'une parametrisation mediane d'emission. Dans le developpement de la methode, nous avons eu recours a une formulation potentiel peu usuelle pour traiter les voilures epaisses. Son originalite reside dans la condition aux limites imposee au potentiel interne qui tient compte du potentiel associe au sillage. Cette formulation conduit a une matrice bien conditionnee et assure l'unicite de la solution. Nous avons enfin developpe la mise en uvre numerique de la methode et presente quelques resultats d'application. L'utilisation des parametres de regularisation s'est averee necessaire. Un nombre de reynolds numerique et un plafond du taux de deformation sont alors introduits. Leur role respectif est egalement discute
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Berlemont, Alain. "Modélisation eulérienne et lagrangienne de la dispersion particulaire en écoulement turbulent". Rouen, 1987. http://www.theses.fr/1987ROUES028.
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Léger, Sophie. "Méthode lagrangienne actualisée pour des problèmes hyperélastiques en très grandes déformations". Doctoral thesis, Université Laval, 2014. http://hdl.handle.net/20.500.11794/25402.
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Simuler numériquement de façon précise les matériaux hyperélastiques en grandes déformations par la méthode des éléments finis est encore un problème difficile. Même avec l’aide d’un maillage très raffiné, la formulation lagrangienne totale peut mener à des problèmes de convergence en raison de la dégénérescence des éléments du maillage. L’estimation d’erreur et le remaillage adaptatif sur la géométrie initiale sont des outils utiles qui peuvent améliorer la précision des solutions (avec moins de degrés de liberté), mais ces outils ne sont malheureusement pas suffisants pour atteindre de très hauts niveaux de déformation. La formulation lagrangienne actualisée où la géométrie du domaine de calcul est périodiquement mise à jour est donc préférée, et ceci même si des étapes de remaillage sont encore nécessaires afin de contrôler la qualité des éléments et d’éviter les éléments trop déformés, voire renversés. Suite à une étape de remaillage, le transfert de données (réinterpolation des variables) de l’ancien maillage vers le nouveau maillage est nécessaire, ce qui est un problème délicat. Si les transferts ne sont pas effectués adéquatement, la précision peut être sérieusement affectée. Dans cette thèse, nous présentons une formulation lagrangienne actualisée où l’erreur sur la solution éléments finis est estimée et combinée au remaillage adaptatif afin de raffiner le maillage dans les régions où l’erreur estimée est grande, et au contraire, enlever des éléments là où l’erreur est considérée petite, le tout en contrôlant la qualité des éléments du maillage. En utilisant cette approche, de très hauts niveaux de déformation peuvent être atteints tout en préservant la précision de la solution. Une attention particulière est portée aux méthodes de transfert de données et une méthode de projection cubique très précise est introduite. La méthode de continuation de Moore-Penrose, qui est très efficace, est aussi utilisée pour piloter automatiquement l’algorithme complet qui inclut l’augmentation de la charge, l’estimation d’erreur, le remaillage adaptatif et le transfert de données. Une nouvelle approche pour l’implémentation de la méthode de continuation de Moore-Penrose, facilitant la détection des points de bifurcation, sera aussi présentée de même que plusieurs exemples.Accurate simulations of large deformation hyperelastic materials by the finite element method is still a challenging problem. In a total Lagrangian formulation, even when using a very fine initial mesh, the simulation can break down due to severe mesh distortion. Error estimation and adaptive remeshing on the initial geometry are helpful and can provide more accurate solutions (with a smaller number of degrees of freedom) but are not sufficient to attain very large deformations. The updated Lagrangian formulation where the geometry is periodically updated is then preferred. Remeshing may still be necessary to control the quality of the elements and to avoid too severe mesh distortion. It then requires frequent data transfer (reinterpolation) from the old mesh to the new one and this is a very delicate issue. If these transfers are not done appropriately, accuracy can be severely affected. In this thesis, we present an updated Lagrangian formulation where the error on the finite element solution is estimated and adaptive remeshing is performed in order to concentrate the elements of the mesh where the error is large, to coarsen the mesh where the error is small and at the same time to control mesh distortion. In this way, we can reach high level of deformations while preserving the accuracy of the solution. Special attention is given to data transfer methods and a very accurate cubic Lagrange projection method is introduced. As large deformation problems frequently have highly nonlinear solutions, the Moore-Penrose continuation method is used to automatically pilot the complete algorithm including load increase, error estimation, adaptive remeshing and data transfer. A new approach for the implementation of the Moore-Penrose continuation method, facilitating the detection of bifurcation points, will also be presented as well as a number of examples.
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Mazeran, Constant. "Sur la structure mathématique et l'approximation numérique de l'hydrodynamique lagrangienne bidimensionnelle". Bordeaux 1, 2007. http://www.theses.fr/2007BOR13470.
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Ce travail étudie une nouvelle formulation des équations d'Euler compressibles écrites en coordonnées lagrangiennes multidimensionnelles, sous la structure d'un système de lois de conservation associé à une contrainte de divergence nulle. Cette structure s'applique également à une physique plus large, incluant par exemple la magnétohydrodynamique. Elle permet l'étude mathématique du problème global couplant les inconnues physiques avec les inconnues géométriques associées au déplacement de la matière. Nous montrons que la partie physique du système, dont l'ensemble est faiblement hyperbolique, est symétrisable sous cette contrainte, alors que la perte de régularité des inconnues géométriques est caractéristique des cisaillements. Nous construisons ensuite une méthode d'approximation originale, de type Volumes-Finis sur maillage mobile, avec degrés de liberté aux noeuds. Le schéma repose uniquement sur des considérations physiques (principe de conservation, croissance de l'entropie), qui assurent sa stabilité ainsi qu'un résultat de positivité et de non-croisement sur maillage triangulaire. On montre théoriquement qu'il converge avec un ordre sur les équations linéaires de l'acoustique. Enfin, une extension à la géométrie axisymétrique généralise la structure symétrisée et la contrainte différentielle, ainsi que la méthode d'approximation associéeThis work studies a new formulation of compressible Euler equations written in multidimensionnal Lagrangian coordinates, as a system of conservation laws linked to a free divergence constraint; it applies also to an extended physics, including for instance magnetohydrodynamics. This structure allows the mathematical study of the whole Lagrangian problematics, coupling physical unknowns with geometrical one's, associated to the displacement of matter. We prove that the physical part of the system, whose entire formulation is known to be only weakly hyperbolic, is symmetrizable under the differential constraint, although the loss of regularity of geometrical unknowns is characteristic of shear discontinuities. We then derive an original approximate method, of Finite Volumes kind on moving mesh, whose degree of freedom are placed on nodes. The scheme relies only on physical considerations (conservation principle, entropy production), which ensure its stability as well as a result of positivity and non-crossing on triangular mesh. We prove theoretically its convergenge with a rate of on the linearized equations of acoustics. Eventually, we extent the symmeterized structure and numerical method to the case of axisymmetric geometry
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Renaud-Assemat, Irène. "Développement d'une méthode lagrangienne de simulation d'écoulements turbulents à phases séparées". Thesis, Toulouse, INPT, 2011. http://www.theses.fr/2011INPT0062/document.
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Les écoulements turbulents à phases séparées sont présents dans de très nombreuses applications. Cependant, la simulation de tels écoulements avec une interface déformable constitue l'un des problèmes les plus complexes de la mécanique des fluides numérique. La prise en compte du bilan des contraintes normales est au cœur du problème de déformation de l'interface. Dans le travail présenté ici, nous développons un algorithme permettant de simuler des écoulements diphasiques incompressibles et turbulents en suivant le déplacement de l'interface par une approche lagrangienne. Les équations de Navier-Stokes instationnaires écrites en variables vitesse-pression sont résolues dans les deux phases en utilisant des maillages curvilignes orthogonaux. Dans un premier temps, nous introduisons un schéma de raccordement des vitesses tangentielles et des cisaillements. Ce schéma est appliqué afin de simuler l'interaction de deux écoulements turbulents séparés par une interface plane. La turbulence est traitée par une approche de simulation des grandes échelles utilisant un modèle dynamique. Un algorithme original est ensuite développé dans le but de satisfaire de façon non-itérative à la fois la continuité des vitesses normales et des contraintes normales sur l'interface et l'incompressibilité dans les deux phases. Différentes simulations d'écoulements diphasiques avec interface déformable sont réalisées afin de valider ces développementsTurbulent incompressible two-phase separated flows are present in many applications. However, simulation of such flows with a moving interface is one of the most challenging problems in todays computational fluid dynamics. Taking properly into account the normal stress budget accross the interface is the main difficulty of moving interface problems. This work deals with the development of a boundary-fitted method for computing turbulent incompressible two-phase flows. The interface displacement is achieved through a Lagrangian approach. The unsteady Navier-Stokes equations written in a velocity- ressure formulation are solved within the two phases using an orthogonal curvilinear grid. In a first step, we introduce a scheme allowing tangential velocities and shear stresses to match across the interface. We apply this technique to compute the countercurrent flow generated by two streams separated by a plane interface. This scheme is then applied to compute various situations involving the interaction between two turbulent flows separated by a flat interface. The turbulence is treated by using the Large Eddy Simulation approach with a dynamic model. An original algorithm is then developed to satisfy without any internal iteration the continuity of normal velocities and stresses across the interface and the incompressibility condition within both phases. Several simulations of two-phase flows with a moving interface are carried out to validate these developments
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Berlemont, Alain. "Modélisation eulérienne et lagrangienne de la dispersion particulaire en écoulement turbulent". Grenoble 2 : ANRT, 1987. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37602924b.
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Baillou, Renaud. "Exploration lagrangienne des environnements complexes par les micro-organismes : suivi Lagrangien de E. coli motiles sous confinement et pénétration de la barrière de mucus". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2023. http://www.theses.fr/2023SORUS559.
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Les micro-organismes sont omniprésents sur Terre. Ils ont développé l'autopropulsion pour explorer leur environnement et coloniser de nouvelles niches écologiques. Certains d'entre eux sont pathogènes et déclenchent des inflammations lorsqu'ils entrent en contact avec des cellules épithéliales. Alors que la nature hydrodynamique de leur mouvement est plutôt bien comprise dans les fluides newtoniens, il reste encore beaucoup à comprendre lorsqu'ils interagissent mécaniquement avec leur environnement, soit par la présence d'obstacles géométriques, soit en raison de la nature non-newtonienne de leur milieu de nage. Dans cette thèse, nous examinons la motilité des micro-nageurs bactériens (E. coli) dans deux conditions physiologiques, particulièrement pertinentes dans le contexte biophysique des infections bactériennes à travers le mucus intestinal : premièrement dans le cas d'une géométrie confinée entre deux surfaces parallèles, et deuxièmement dans du mucus intestinal d'origine animale. Tout d'abord, nous réalisons des expériences à l'aide d'un dispositif de suivi, dit "Lagrangien", qui nous permet de capturer les trajectoires des bactéries tout en visualisant leur corps et leurs flagelles pendant plusieurs centaines de secondes. Nous l'utilisons pour comprendre les effets des surfaces lorsqu'elles explorent un environnement confiné. Le confinement ralentit la propagation d'E. coli en les piégeant sur les surfaces et en interrompant les "runs" qu'elles effectuent depuis l'environnement 3D. Les résultats expérimentaux sont rationalisés à l'aide d'un modèle stochastique qui rend compte de la dynamique interne complexe à l'origine des réorientations actives d'E. coli. Le mouvement sur les surfaces est spécifiquement étudié, et la variabilité interindividuelle observée dans les propriétés de nage est questionnée sous le prisme de leurs morphologies, en particulier leur nombre de flagelles. Nous nous attachons ensuite à comprendre le mouvement d'E. coli dans du mucus intestinal, qui est extrait de deux groupes différents de porcelets que nous comparons. Après un processus de purification, les différents échantillons sont caractérisés par une expérience in vitro originale dans laquelle des bactéries ont pénétré une barrière de mucus, d'où émerge une "longueur de pénétration" caractérisant une "qualité de mucus", complétée par des mesures rhéologiques et optiques. La longueur de pénétration varie de 100 à 1000 microns selon l'échantillon et semble dépendre davantage de la taille de la structure que de la macro-rhéologie. Des signatures rhéologiques différentes sont observées, avec ou sans l'influence de l'histoire du cisaillement. Cette étude préliminaire offre de nombreuses perspectives, à la fois physiques (microscopie OCT / diffusion des rayons X / microrhéologie) et médicales (outil de diagnostic pour les patients / utilisation de souches bactériennes sélectionnées). Pour obtenir une vision temporelle du processus de pénétration, l'apprentissage automatique est finalement utilisé pour étendre l'utilisation du dispositif de suivi lagrangien aux fluides optiquement complexes, avec succès pour le mucus. Il est démontré que les bactéries explorent le mucus dix fois plus lentement que l'eau et qu'elles sont bloquées au bout de quelques minutes. Les résultats et les protocoles expérimentaux développés dans cette thèse étendent l'état de l'art sur le sujet des micro-nageurs en termes méthodologiques, tout en fournissant de nouvelles données sur les schémas de nage et la pénétration dans les fluides viscoélastiquesMicroorganisms are ubiquitous on Earth. They developed self-propulsion to explore their environment and colonize new ecological niche. Some of them are pathogens and trigger inflammation when in contact with epithelial cells. While the hydrodynamical nature of their motion is rather well understood in Newtonian fluids, there is still much to understand when they interact mechanically with their environment either through the presence of geometric obstacles or stemming from the non-Newtonian nature of their swimming environments. In this thesis, we take a look at the motility of bacterial microswimmers (E. coli) under two physiologically conditions, especially relevant in the biophysical context of bacterial infections through intestinal mucus: firstly in the case of a confined geometry between two parallel surfaces, and secondly in intestinal mucus of animal origin. First, we perform experiments with E. coli using an in-house tracking device that allows us to capture the trajectories of bacteria while visualizing their bodies and flagella for long periods of time. We use it to understand the effects of surfaces as they explore a confined environment. Confinement slows the spread of E. coli by trapping them on surfaces and interrupting the "runs" they take from the bulk. Experimental results are rationalized with a stochastic model that accounts for the complex internal dynamics that result in active reorientations of E. coli. The motion at surfaces is specifically studied, and the interindividual variability observed in the swimming properties is questioned under the prism of their morphologies, especially their number of flagella. We then turn to understanding the movement of E. coli in intestinal mucus, which is extracted from two different groups of piglets that are compared. After a purification process, the different samples are characterized by an original in vitro experiment in which bacteria have penetrated a mucus barrier, from which emerges a "penetration length" characterizing a "mucus quality", complemented by rheological and optical measurements. The penetration length ranges from 100 to 1000 microns depending on the sample and seems to depend more on the structure size than on the macrorheology. Different rheological signatures are observed with and without the influence of the shear history. This preliminary study offers many perspectives, both physical (OCT microscopy / X-ray scattering / microrheology) and medical (diagnostic tool for patients / use of selected bacterial strains). To get a temporal view of the penetration process, machine learning is finally used to extend the use of the Lagrangian tracking device to optically complex fluids, successfully implemented for mucus. Bacteria are shown to explore mucus ten times slower than water, and to get blocked after a few minutes. The results and experimental protocols developed in this thesis extend the state-of-the-art on the subject of microswimmers in methodological terms, while also providing some new data on swimming patterns and penetration into viscoelastic fluids
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Leclair, Matthieu. "Introduction d'une coordonnée verticale Arbitrairement Lagrangienne Eulérienne dans le code d'océan NEMO". Paris 6, 2010. http://www.theses.fr/2010PA066728.
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L'importance grandissante des longues échelles de temps dans les champs d'application des modèles de circulation océanique conduit à de fortes contraintes dans la réalisation de ceux-ci. C'est dans la perspective d'une amélioration du respect de ces contraintes dans le modèle NEMO (Nucleus for European Modelling of the Ocean) que s'est déroulée ma thèse. Je me suis intéressé dans une première partie au schéma de discrétisation temporelle employée dans NEMO, le fameux schéma LF-RA (Leap-Frog accompagné d'un filtre de Robert-Asselin). Une analyse linéaire a montré que les critiques le concernant n'étaient pas fondées. Sa précision est du quasi second ordre et il peut s'avérer le plus efficace des schémas étudiés. Seul le schéma LF-AM3 utilisé dans le modèle ROMS a montré des qualités supérieures dans certaines conditions. Une modification des termes de forçage et du filtre temporel associé ont également permis de rendre le schéma LF-RA parfaitement conservatif. J'ai abordé dans un deuxième temps, le problème de mélange diapycnal artificiel constaté dans les modèles à niveaux. Il est dû aux erreurs de troncature des schémas d'advection et de diffusion. La contribution des phénomènes diffusifs a déjà été traitée de manière satisfaisante mais la contribution des phénomènes advectifs est un problème encore non résolu. J'ai développé durant cette thèse une coordonnée verticale Arbitrairement Lagrangienne Eulérienne se comportant de manière Lagrangienne pour les mouvements verticaux haute fréquence et de manière Eulérienne à basse fréquence. Elle hérite des avantages de la coordonnée z et permet une meilleure maîtrise du mélange diapycnal.
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Grancher, Marie-Sophie. "Simulation de l'évaporation de goutelettes en écoulement turbulent suivant une approche lagrangienne". Rouen, 1990. http://www.theses.fr/1990ROUES026.
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Ce mémoire porte sur l'évaporation de gouttelettes en écoulement turbulent. Un modèle de vaporisation de gouttes est couplé avec le code lagrangien de dispersion particulaire PALAS. Il s'agit d'un modèle quasi-stationnaire, à symétrie sphérique, permettant de calculer le chauffage des gouttes. Les phénomènes de convection sont pris en compte par l'intermédiaire de corrélations. L'influence des fluctuations de vitesse, de température, et de fraction massique de vapeur du milieu ambiant sur l'évaporation de gouttelettes est simulée dans une configuration de turbulence de grille. Le couplage entre la phase dispersée et la turbulence, prenant en compte le changement de phase, est ensuite étudié. Des résultats sont présentés dans le cas d'un jet rond turbulent
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Durozoy, Emeric. "Exploration expérimentale lagrangienne de la turbulence dans un fluide quantique en rotation". Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALY044.
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Dans cette thèse, nous décrivons un nouvel appareil cryogénique (appelé CryoLEM) utilisé pour étudier les écoulements d'hélium II (ou superfluide) en rotation par la visualisation de particules solides de deutérium. L'hélium II en rotation est un écoulement canonique qui produit un réseau de vortex quantiques organisé et régulier.Le CryoLEM est un dispositif expérimental dont la mise en œuvre a été achevée au cours de cette thèse. Ainsi, les protocoles de démarrage et d'utilisation ont été établis, et les premiers tests en conditions réelles ont été réalisés. Ces tests ont permis de caractériser les performances du cryostat et de mieux comprendre la formation des particules solides de deutérium. Bien que l'objectif à long terme soit d'effectuer des mesures 3D du mouvement des particules, nous sommes restés concentrés sur la réalisation de mesures 2D dans un plan contenant l'axe de rotation. Pour effectuer le suivi lagrangien des particules, un algorithme a été entièrement écrit sur la base des techniques existantes.Ce cryostat a d'abord été utilisé pour étudier les régimes transitoires qui se produisent pendant les injections de particules, et après le début (ou l'arrêt) de la rotation du dispositif. L’objectif est d'estimer les temps caractéristiques de ces régimes, et de les comparer au temps d'Ekman, et à une constante de temps empirique obtenue par Tsakadze & Tsakadze en utilisant une sphère remplie d’hélium II. Après une injection de particules, un temps proportionnel à la vitesse de rotation du cryostat doit s'écouler pour retrouver un état stationnaire. Les résultats de notre étude de la mise en rotation sont en très bon accord avec un temps d'Ekman basé sur le quantum de circulation. Pour l’arrêt de la rotation, un accord qualitatif avec le modèle de Tsakadze est trouvé. Cela nous a ensuite permis de travailler avec des données stationnaires.Pendant la rotation stationnaire de l'hélium II, on observe un mouvement oscillant des particules d'une amplitude de l'ordre du millimètre. Nous ne sommes en mesure de relier l'amplitude de ces oscillations à aucun des paramètres physiques que nous avons mesurés. Néanmoins, ces oscillations ne sont pas observées dans l'hélium I (liquide normal), ce qui montre la nature fondamentalement différente de ces deux fluides, et motive des études plus approfondies.Enfin, un écoulement turbulent d'hélium II causé par une turbine contrarotative dans le CryoLEM en rotation a été étudié. Nous avons caractérisé cet écoulement relativement simple, et compris l’évolution de ses paramètres physiques grâce à un bilan énergétique entre les mécanismes d'injection et de dissipation. Nous avons défini une série de substituts pour estimer le taux de dissipation d'énergie dans cet écoulement anisotrope et turbulent. Ceux-ci utilisent des quantités statistiques du premier au troisième ordre basées sur des incréments de vitesse. Toutes ces mesures conduisent à une évolution cohérente du taux de dissipation d’énergie radial comme le cube de la vitesse de rotation du système, mais avec différents préfacteurs. Les statistiques du troisième ordre nous ont amenés à conclure que l'énergie était transportée de la grande à la petite échelle, tandis que l'anisotropie augmente avec la vitesse angulaire, comme prévu par le théorème de Taylor-Proudman.Cette thèse se termine en soulignant que certaines des particules évoluant dans cet écoulement présentent des oscillations d'une amplitude inférieure à leur taille. Cela pourrait être compatible avec une interaction particule - vortex quantique liée à la force de Magnus. Cette observation ouvre une nouvelle voie pour l'étude de la dynamique des tourbillons quantiquesIn this thesis, we describe a new cryogenic apparatus (called CryoLEM) used to study rotating helium II (or superfluid) flows by visualization of solid deuterium particles. Rotating helium II is a canonical flow that produces an organized and regular quantum vortex array.The CryoLEM is an experimental device whose implementation was completed during this thesis. Thus, the start-up and use protocols have been established, and the first tests in real conditions have been carried out. These tests allowed us to characterize the performance of the cryostat and to better understand the formation of solid deuterium particles. While the long term objective is to perform 3D particle motion measurements, we remained focused on performing 2D measurements in a plane containing the axis of. To perform Lagrangian particle tracking, an algorithm has been entirely written based on existing techniques.This cryostat was first used to study the transient regimes that occur during particle injections, and after the start (or stop) of the rotation of the device, in order to estimate their characteristic times and compare it to the Ekman time, and an empirical time constant obtained by Tsakadze & Tsakadze. After a particle injection, a time proportional to the cryostat rotation rate must elapse to recover a steady state. For the spin-up problem, we found a very good agreement with an Ekman time based on the circulation quantum. In spin-down, a qualitative agreement with the Tsakadze model is found. This then allowed us to work with stationary data.During the stationary rotation of helium II an oscillating movement of the particles with an amplitude of the order of a millimetre is observed. We are not able to relate the amplitude of these oscillations to any of the physical parameters that we measured. Nevertheless, these oscillations are not observed in helium I (normal liquid), which shows the fundamentally different nature of these two fluids, and motivates further studies.Finally, a turbulent helium II flow caused by a counter-rotating turbine in the rotating CryoLEM has been studied. We have characterized this relatively simple flow, and understood the scalings of its physical parameters thanks to an energy balance between injection and dissipative mechanisms. We have defined a serie of surrogates to estimate the energy dissipation rate in this quantum turbulent and anisotropic flow. They use first to third order statistical quantities based on velocity increments. All these measurements lead to a coherent scaling of the dissipation rate as the cube of the rotation rate in the radial direction, with some discrepancies in the prefactor. The third order statistics led us to conclude that energy was being transported from the large to the small scales, while anisotropy grows with the rotation rate, as expected from the Taylor-Proudman theorem.This thesis ends by pointing out that some of the particles evolving in this flow show oscillations of smaller amplitude than their size. This could be compatible with a particle – quantum vortex interaction mediated by the Magnus force. This observation opens a new way to study quantum vortices dynamics
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Muller, Marie-Paule. "Une structure symplectique complete sur r**(6) avec une sphere lagrangienne plongee". Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 1989. http://www.theses.fr/1989STR13066.
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Nous présentons une construction d'une sphère lagrangienne plongée dans r**(6), pour une structure symplectique ayant un champ de Liouville complet. Cette structure est obtenue par symplectisation, à partir d'une forme de contact sur r**(5). M. Gromov a montré que la structure symplectique habituelle sur r**(6) ne contient pas de sphère lagrangienne plongée. En corollaire, nous obtenons l'existence d'une structure symplectique exotique complète sur r**(6), et d'une structure de contact exotique sur r**(5)
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Oteski, Ludomir. "Transition vers le chaos en convection naturelle confinée : descriptions lagrangienne et eulérienne". Thesis, Paris 11, 2015. http://www.theses.fr/2015PA112084/document.
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Cette thèse est une étude numérique d'un écoulement d'air dans une cavité différentiellement chauffée bidimensionnelle en présence de gravité. Pour un rapport hauteur/largeur de deux et des parois horizontales supposées adiabatiques, l'écoulement de base correspond à une recirculation autour de la cavité avec un coeur stratifié et des couches limites verticales. Les équations de Navier-Stokes sont résolues par un code de simulation numérique directe spectrale instationnaire basé sur l’hypothèse de Boussinesq couplé à un algorithme de suivi de particules avec interpolation. Le nombre de Rayleigh basé sur la différence de température est choisi comme paramètre de contrôle de l’écoulement. La transition vers le chaos au sein de cet écoulement est explorée à la fois du point de vue eulérien (développement de l’instationnarité) et lagrangien (mélange chaotique).L'approche lagrangienne considère le mélange de traceurs passifs infinitésimaux non diffusifs. L'étude se base sur l'identification d'objets invariants de la dynamiques : points fixes, orbites périodiques et leurs variétés stable/instable, connections homoclines et hétéroclines, trajectoires toroïdales. Le mélange des traceurs est partiel lorsque l'écoulement subit une première bifurcation de Hopf. La dispersion globale des traceurs résulte d'un compromis entre la présence de tores Kolmogorov-Arnold-Moser qui jouent le rôle de barrières au mélange, et d'enchevêtrements homoclines/hétéroclines responsables du chaos lagrangien. L'étude statistique des temps de retour et du taux d'homogénéisation révèle la présence de zones où la dynamique est non hyperbolique. En augmentant le nombre de Rayleigh, le mélange devient progressivement complet avant que l'écoulement ne devienne quasi-périodique en temps. L'approche eulérienne considère les divers scénarios de transition vers le chaos par l'identification numérique d'attracteurs et des bifurcations associées lorsque le nombre de Rayleigh varie. Deux routes principales se distinguent en fonction des symétries associées aux deux premières bifurcations de Hopf du système, contenant chacune plusieurs branches hystérétiques. Trente trois régimes différents sont identifiés et analysés depuis l'écoulement stationnaire jusqu'à un écoulement chaotique voire hyperchaotique. Parmi ceux-ci, des branches de tores à deux et trois fréquences incommensurables, ainsi que des régimes intermittents sont examinés. Des diagrammes de bifurcations qualitatifs et quantitatifs sont proposés pour résumer l'ensemble des dynamiques observéesThis thesis is about the numerical study of an air flow inside a two dimensionally heated cavity. The aspect ratio height/width is set to two. Boundary conditions on horizontal walls are taken as adiabatic. In this case, the base flow consists of a recirculation around the stratified core of the cavity and of boundary layers along the vertical walls. The Navier-Stokes equations are solved using a spectral direct numerical simulation code under the Boussinesq assumption coupled with a particle tracking scheme based on interpolation. The Rayleigh number, based on the temperature difference is chosen as the control parameter of the system. The transition to chaos in this flow is considered both from the Eulerian and Lagrangian point of view.The Lagrangian point of view considers the mixing of point-wise non-diffusive passive tracers. The study is based on the identification of invariant objects: fixed points, periodic orbits and their stable/unstable manifolds,homoclinic and heteroclinic connections, toroidal trajectories.The mixing of tracers is partial when the flow undergoes the first Hopf bifurcation. The complete mixing of tracers results from a compromise between Kolmogorov-Arnold-Moser's tori, which act as barriers to mixing, and homoclinic/heteroclinic tangles which are responsible for the mixing.The statistical study of return times and the homogenisation rate shows regionswhere the dynamics is non-hyperbolic. When the Rayleigh number is increased, mixing is increasingly complete before the flow becomes quasi-periodic in time.The Eulerian description considers the transition to chaos via the numerical identification of attractors and their associated bifurcations when the Rayleigh number is varied. Two main routes are found depending on the symmetries associated with the first two Hopf bifurcations of the system. A total of thirty three different regimes are identified from steady to hyperchaotic, among which two- and three-frequency tori as well as intermittent dynamics. Both quantitative and qualitative bifurcation diagrams are suggested for the system
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Liot, Olivier. "Approches innovantes en convection thermique turbulente. Influence des rugosités et étude Lagrangienne". Thesis, Lyon, École normale supérieure, 2015. http://www.theses.fr/2015ENSL1054/document.
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Lors de cette thèse nous avons étudié le phénomène de convection thermique turbulente. La compréhension des mécanismes du flux thermique induit est encore un défi. Dans cette optique, deux approches innovantes ont été utilisées. La première a consisté en une approche Lagrangienne. Dans un premier temps, nous avons immergé une particule instrumentée munie de capteurs de température. Sa vitesse a été mesurée simultanément afin de calculer le flux thermique local transporté. En comparant les mesures effectuées à des simulations numériques et à des mesures Eulériennes, la pertinence de cette méthode a été révélée. Nous avons ensuite ensemencé l'écoulement avec des particules de diamètre inférieur à l'échelle dissipative du système. Nous avons alors pu effectuer les suivre en 3D et nous intéresser aux statistiques turbulentes, ainsi qu'à la dispersion de paires. Nous avons ensuite étudié une configuration où la plaque du bas comporte des rugosités contrôlées. Il est reconnu que cela amène une augmentation du transfert thermique supérieure à celle reliée à l'augmentation de surface. Nous avons mis en évidence des mécanismes possibles qui expliquent ce phénomène. Des mesures thermométriques dans une cellule remplie d'eau ainsi que des mesures vélocimétriques dans une cellule six fois plus grande remplie d'air ont permis d'observer un changement radical de la structure des couches limites au voisinage des rugosités, notamment l'apparition d'une couche limite turbulente. Ces mesures ont été accompagnées de mesures de vitesse de l'écoulement global qui ont révélé une augmentation drastique des fluctuations de vitesse ainsi que l'apparition d'un nouveau régime de turbulenceIn this work, turbulent thermal convection is studied. Undestanding the mechanisms of induced thermal flux is still a challenge. In this context we used two innovative approaches.The first one consists in a Lagrangian approach. An instrumented particle, designed for temperature measurements, is immersed in the flow. The simultaneous measurement of the temperature view from the particle and its velocity allowsto obtain local Lagrangian heat flux. By comparing these measurements with numerical simulation and Eulerian investigations we can assert the relevance of this method. Then we seeded the flow with particles whose diameter is smaller than the dissipative scale of the system. We performed 3D tracking to access to turbulent statistics and pair dipersion.On the other hand we study a configuration with controlled roughness on the bottom plate. It is well-known that it leads to thermal flux enhancement higher than the one linked to the surface increasing. We bring out possible mechanisms to explain this phenomenon. Thermometric measurements in water-filled cell and anemometric measurements in a six-time larger air-filled cell point out a dramatic change of the boundary layers structure close to roughness. Particularly a turbulent viscous boundary layer appears. Theses investigations are supplemented by velocity measurements of the global flow and reveal a large increase of velocity fluctuations and the appearance of a new turbulence regime
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Vilar, François. "Utilisation des méthodes Galerkin discontinues pour la résolution de l'hydrodynamique Lagrangienne bi-dimensionnelle". Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00765575.
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Le travail présenté ici avait pour but le développement d'un schéma de type Galerkin discontinu (GD) d'ordre élevé pour la résolution des équations de la dynamique des gaz écrites dans un formalisme Lagrangien total, sur des maillages bi-dimensionnels totalement déstructurés. A cette fin, une méthode progressive a été utilisée afin d'étudier étape par étape les difficultés numériques inhérentes à la discrétisation Galerkin discontinue ainsi qu'aux équations de la dynamique des gaz Lagrangienne. Par conséquent, nous avons développé dans un premier temps des schémas de type Galerkin discontinu jusqu'à l'ordre trois pour la résolution des lois de conservation scalaires mono-dimensionnelles et bi-dimensionnelles sur des maillages déstructurés. La particularité principale de la discrétisation GD présentée est l'utilisation des bases polynomiales de Taylor. Ces dernières permettent, dans le cadre de maillages bi-dimensionnels déstructurés, une prise en compte globale et unifiée des différentes géométries. Une procédure de limitation hiérarchique, basée aux noeuds et préservant les extrema réguliers a été mise en place, ainsi qu'une forme générale des flux numériques assurant une stabilité globale L2 de la solution. Ensuite, nous avons tâché d'appliquer la discrétisation Galerkin discontinue développée aux systèmes mono-dimensionnels de lois de conservation comme celui de l'acoustique, de Saint-Venant et de la dynamique des gaz Lagrangienne. Nous avons noté au cours de cette étude que l'application directe de la limitation mise en place dans le cadre des lois de conservation scalaires, aux variables physiques des systèmes mono-dimensionnels étudiés provoquait l'apparition d'oscillations parasites. En conséquence, une procédure de limitation basée sur les variables caractéristiques a été développée. Dans le cas de la dynamique des gaz, les flux numériques ont été construits afin que le système satisfasse une inégalité entropique globale. Fort de l'expérience acquise, nous avons appliqué la discrétisation GD mise en place aux équations bi-dimensionnelles de la dynamique des gaz, écrites dans un formalisme Lagrangien total. Dans ce cadre, le domaine de référence est fixe. Cependant, il est nécessaire de suivre l'évolution temporelle de la matrice jacobienne associée à la transformation Lagrange-Euler de l'écoulement, à savoir le tenseur gradient de déformation. Dans le travail présent, la transformation résultant de l'écoulement est discrétisée de manière continue à l'aide d'une base Éléments Finis. Cela permet une approximation du tenseur gradient de déformation vérifiant l'identité essentielle de Piola. La discrétisation des lois de conservation physiques sur le volume spécifique, le moment et l'énergie totale repose sur une méthode Galerkin discontinu. Le schéma est construit de sorte à satisfaire de manière exacte la loi de conservation géométrique (GCL). Dans le cas du schéma d'ordre trois, le champ de vitesse étant quadratique, la géométrie doit pouvoir se courber. Pour ce faire, des courbes de Bézier sont utilisées pour la paramétrisation des bords des cellules du maillage. Nous illustrons la robustesse et la précision des schémas mis en place à l'aide d'un grand nombre de cas tests pertinents, ainsi que par une étude de taux de convergence.
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Gauthier, Alain. "Analyse d'une modélisation lagrangienne des panaches dans un modèle régional de pollution atmosphérique". Paris, ENMP, 1999. http://www.theses.fr/1999ENMP0893.
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Dans un modele de pollution atmospherique a echelle regionale, la dispersion des gaz emis par des cheminees d'usines n'est pas bien prise en compte. Pour repondre a ce probleme, une approche est la modelisation specifique d'un panache de gaz emis par une source ponctuelle et son couplage au modele regional. Dans cette these, nous analysons les approximations effectuees lors de l'emploi de cette technique. Nous abordons le probleme de l'utilisation des modeles lagrangiens de panache dans un ecoulement a echelle regionale heterogene en espace. En effet les modeles de panache sont definis dans un ecoulement turbulent homogene en espace. Dans le cadre du projet azur (edf, ifp, lisa), une methode numerique a ete mise au point pour coupler un modele de dispersion et de surelevation de panache a un modele regional eulerien de pollution atmospherique. L'analyse mathematique des approximations a ete effectuee dans les cas de panaches chimiquement inertes (systeme lineaire). Elle permet de mettre en avant des precautions d'emploi des modeles de panache, par exemple certaines approximations posent des problemes si le domaine d'etude est une region ayant un relief accidente. Pour un modele de panache reactif, nous remarquons que le couplage avec le modele regional n'est pas clairement defini. Cependant, une partie de l'analyse du cas inerte est aussi valable pour le cas de certains modeles reactifs, comme le modele a couronnes. En effet la dispersion du panache dans un modele a couronnes est modelisee comme si celui-ci etait inerte, donc avec les memes approximations.
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Caillau, Philippe. "Modélisation et simulation de la combustion turbulente par une approche probabiliste eulérienne lagrangienne". Rouen, 1994. http://www.theses.fr/1994ROUES080.
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L'objet de cette thèse concerne la modélisation des écoulements réactifs turbulents. L'objectif visé consiste à développer un modèle susceptible de prédire la formation des polluants comme le monoxyde d'azote NO ou le monoxyde de carbone CO dans des foyers tridimensionnels complexes. Pour y parvenir, on fait appel à une approche probabiliste eulérienne lagrangienne (PEUL) où le champ de vitesse est calculé à l'aide des équations eulériennes de bilan moyennées et le champ de composition et de température par une méthode dite à transport de PDF (probability density function) lagrangienne. La modélisation des termes inconnus de dispersion turbulente et de mélange aux petites échelles est détaillée. Des mécanismes réduits et un mécanisme détaillé d'oxydation du combustible (qui est ici le méthane, CH4) ainsi que le mécanisme de formation du NO thermique sont introduits et testés. On présente les résultats obtenus avec le modèle PEUL dans trois configurations expérimentales. Les comparaisons calcul-expérience démontrent la capacité du modèle à prédire la formation du NO thermique et (partiellement) du prompt NO, du CO dans des configurations bi- et tridimensionnelles ainsi qu'à représenter correctement un régime d'extinction locale de la flamme.
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Picard, Thierry. "Modelisation eulerienne-lagrangienne de la combustion d'ergols dans un moteur de fusee biliquide". Paris, ENMP, 1987. http://www.theses.fr/1987ENMP0035.
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Modelisation d'un ecoulement gazeux turbulent dans lequel des gouttes d'ergols se vaporisent et brulent. Une etude parametrique sur une chambre bidimensionnelle, puis une simulation d'une chambre reelle
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Benabdallah, Moulay. "Simulation lagrangienne du transfert de chaleur dans un écoulement gaz-solide en conduite". Nancy 1, 1995. http://www.theses.fr/1995NAN10329.
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Dans un premier temps, une technique de simulation lagrangienne one-way a été mise en œuvre pour la prédiction du transfert de chaleur dans un écoulement gaz-solide en conduite. Cette simulation permet de calculer la température d'une particule le long de sa trajectoire, en tenant compte de l'échange de chaleur par conduction lors des collisions particule-particule et particule-paroi. Le transfert de chaleur par convection entre le gaz et la paroi ainsi qu'entre les particules et le gaz est pris en compte en supposant que le profil de température du gaz est uniforme dans une section de la conduite, et que le coefficient d'échange entre le gaz et la paroi n'est pas modifié par la présence des particules. Cette simulation one-way aboutit, lorsque l'écoulement est thermiquement établi, à un nombre de Nusselt de la suspension toujours inférieur ou égal à celui du gaz pur. De plus, le caractère négligeable du transfert de chaleur par collisions a été confirmé. Par ailleurs, une simulation eulérienne-lagrangienne two-way a été utilisée, et appliquée au cas des écoulements en conduite verticale et horizontale avec un flux de chaleur imposé à la paroi. Des résultats concernant le nombre de Nusselt de la suspension sont donnés pour différents taux de chargement, nombres de Reynolds de l'écoulement gazeux, et diamètres de la conduite. On a pu observer que les prédictions de la simulation sont plus conformes aux résultats expérimentaux avec cette méthode two-way
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Chikaoui, Abdelkader. "Contribution à la simulation lagrangienne de la dispersion et de l'évaporation de gouttelettes". Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1999. http://www.theses.fr/1999ECDL0015.
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Le travail présenté dans cette thèse est consacré à l'étude des écoulements diphasiques dilués où la phase dispersée est constituée de gouttelettes susceptibles de s'évaporer. Une approche dite lagrangienne a été adoptée pour le traitement de la phase dispersée. Elle consiste à simuler la dispersion d'un nombre relativement important d'inclusions afin de réaliser des statistiques par simple moyenne sur leurs caractéristiques. L'idée est de résoudre la loi fondamentale de la dynamique pour chaque inclusion. On simule le mouvement des inclusions dans l'écoulement, on déduit alors des termes d' échange de quantité de mouvement, d'énergie, de chaleur, … entre les phases que l'on réintroduit dans les équations de la phase continue: c'est un couplage à deux sens (« two way coupling »). Lorsque l'écoulement est suffisamment dilué, le couplage retour (des inclusions vers le fluide) peut être négligé et les équations de la phase continue se ramènent aux équations de Navier-Stockes classiques (« one way coupling »). La fluctuation de vitesse du fluide le long de la trajectoire de chaque particule est simulée à l'aide d'un modèle stochastique. Le phénomène de vaporisation est pris en compte par un modèle à conduction infinie disponible dans la littérature. Cette approche se traduit sur le plan numérique par un couplage à un code existant, destiné à l'origine au calcul d'écoulements dans des géométries complexes, d'un module de calcul lagrangien capable de fournir des termes sources qui modélisent l'action d'inclusions sur le fluide. La validation du code a été effectuée tout d'abord en l'absence d'évaporation sur l'expérience classique de Hishida et Maeda, qui a servi de cas test à pratiquement toutes les simulations lagrangiennes de ce type. Les résultats concernant l'évaporation de gouttes montrent globalement une bonne cohérence avec les prédictions d'un code développé au CORIATThe present work is devoted to the study dilute two-phase flows where the dispersed phase is made of droplets that may eventually evaporate. A Lagrangian approach has been developped for the treatment of the dispersed phase: it consists to simulate the dispersion of a relatively large number of particles in order to get statistical quantities by simple averages. The idea is to solve the fundamental law of dynamics for each particle. From the motion of the particles within the flow is simulated, we deduce the momentum, energy, heat. . . Transfer terms between phases. These terms are then introduced into the continuous phase equations, making the whole method a two-way coupling one. In the case of sufficiently dilute flows, the feedback (from the particles two the fluid) can be neglected and the continuous phase equations reduce to the classical Navier-Stokes ones with one way-coupling only. A stochastic model is used to simulate the fluctuations of the velocity along each particle trajectory. Vaporisation is accounted for by using a finite conduction model from the litterature. Numerically speaking, this approach is coupled to an existing code, for computing complex geometry flows, by means of a Lagrangian module. The latter provides the necessary source terms that model the particles' influence onto the fluid. We first validate the code in the absence of evaporation, using the classical Hishida and Maeda experiment, a widely employed test-case for most Lagrangian simulations of this kind. In the presence of dropplets evaporation our results are consistent with predictions of a code developped at CORIA
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Huot, Fabien. "Simulation numérique de l'interaction laser à haut flux - plasma par méthode semi-lagrangienne". Nancy 1, 2002. http://www.theses.fr/2002NAN10053.
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Les récentes avancées technologiques permettent désormais de concevoir des lasers à haut flux (1020 Wcm-2æm-2). A de telles énergies, un électron oscillant dans le champ électromagnétique peut atteindre une vitesse proche de celle de la lumière, nécessitant la prise en compte d'importants effets relativistes. Différents types de codes peuvent être développés pour simuler de tels mécanismes. Les codes particulaires ou codes PIC, sont basés sur la résolution des équations du mouvement des particules du système. Cependant, ils sont sujets à des problèmes de bruit numérique et peuvent offrir une mauvaise résolution sur les régions à faible densité de particules. C'est pourquoi nous avons développé des codes dits semi-lagrangiens qui visent à la résolution couplée de l'équation de Vlasov relativiste et des équations de Maxwell. Nous avons caractérisé les domaines de prévalence respectifs de chacun de ces deux types de codes en fonction de l'effort numérique nécessaire pour traiter un problème donné. Nous détaillons par ailleurs le schéma d'advection de l'équation de Vlasov et utilisons la possibilité offerte par les codes semi-lagrangiens de réduire le nombre des variables indépendantes, grâce à l'introduction d'une classe de solutions exactes de l'équation de Vlasov. Sachant qu'une impulsion ultra-intense peut se propager au sein d'un plasma au-delà de la densité critique du fait des effets relativistes qu'elle engendre, nous avons effectué une étude détaillée de ces phénomènes. Ceci nous a permis de mettre en évidence l'existence d'ondes acoustiques d'électrons piégés relativistes dans le cadre de la transparence auto-induite. Nous avons enfin raffiné ce modèle pour tenir compte de la mobilité des ions et l'avons étendu à deux dimensions afin d'étudier les effets transverses dans l'interaction laser-plasma.
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Vilar, François. "Utilisation des méthodes Galerkin discontinues pour la résolution de l'hydrodynamique Lagrangienne bi-dimentsionnelle". Thesis, Bordeaux 1, 2012. http://www.theses.fr/2012BOR14605/document.
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Le travail présenté ici avait pour but le développement d'un schéma de type Galerkin discontinu (GD) d'ordre élevé pour la résolution des équations de la dynamique des gaz écrites dans un formalisme Lagrangien total, sur des maillages bi-dimensionnels totalement déstructurés. À cette fin, une méthode progressive a été utilisée afin d'étudier étape par étape les difficultés numériques inhérentes à la discrétisation Galerkin discontinue ainsi qu'aux équations de la dynamique des gaz Lagrangienne. Par conséquent, nous avons développé dans un premier temps des schémas de type Galerkin discontinu jusqu'à l'ordre trois pour la résolution des lois de conservation scalaires mono-dimensionnelles et bi-dimensionnelles sur des maillages déstructurés. La particularité principale de la discrétisation GD présentée est l'utilisation des bases polynomiales de Taylor. Ces dernières permettent, dans le cadre de maillages bi-dimensionnels déstructurés, une prise en compte globale et unifiée des différentes géométries. Une procédure de limitation hiérarchique, basée aux noeuds et préservant les extrema réguliers a été mise en place, ainsi qu'une forme générale des flux numériques assurant une stabilité globale L_2 de la solution. Ensuite, nous avons tâché d'appliquer la discrétisation Galerkin discontinue développée aux systèmes mono-dimensionnels de lois de conservation comme celui de l'acoustique, de Saint-Venant et de la dynamique des gaz Lagrangienne. Nous avons noté au cours de cette étude que l'application directe de la limitation mise en place dans le cadre des lois de conservation scalaires, aux variables physiques des systèmes mono-dimensionnels étudiés provoquait l'apparition d'oscillations parasites. En conséquence, une procédure de limitation basée sur les variables caractéristiques a été développée. Dans le cas de la dynamique des gaz, les flux numériques ont été construits afin que le système satisfasse une inégalité entropique globale. Fort de l'expérience acquise, nous avons appliqué la discrétisation GD mise en place aux équations bi-dimensionnelles de la dynamique des gaz, écrites dans un formalisme Lagrangien total. Dans ce cadre, le domaine de référence est fixe. Cependant, il est nécessaire de suivre l'évolution temporelle de la matrice jacobienne associée à la transformation Lagrange-Euler de l'écoulement, à savoir le tenseur gradient de déformation. Dans le travail présent, la transformation résultant de l'écoulement est discrétisée de manière continue à l'aide d'une base Éléments Finis. Cela permet une approximation du tenseur gradient de déformation vérifiant l'identité essentielle de Piola. La discrétisation des lois de conservation physiques sur le volume spécifique, le moment et l'énergie totale repose sur une méthode Galerkin discontinu. Le schéma est construit de sorte à satisfaire de manière exacte la loi de conservation géométrique (GCL). Dans le cas du schéma d'ordre trois, le champ de vitesse étant quadratique, la géométrie doit pouvoir se courber. Pour ce faire, des courbes de Bézier sont utilisées pour la paramétrisation des bords des cellules du maillage. Nous illustrons la robustesse et la précision des schémas mis en place à l'aide d'un grand nombre de cas tests pertinents, ainsi que par une étude de taux de convergenceThe intent of the present work was the development of a high-order discontinuous Galerkin scheme for solving the gas dynamics equations written under total Lagrangian form on two-dimensional unstructured grids. To achieve this goal, a progressive approach has been used to study the inherent numerical difficulties step by step. Thus, discontinuous Galerkin schemes up to the third order of accuracy have firstly been implemented for the one-dimensional and two-dimensional scalar conservation laws on unstructured grids. The main feature of the presented DG scheme lies on the use of a polynomial Taylor basis. This particular choice allows in the two-dimensional case to take into general unstructured grids account in a unified framework. In this frame, a vertex-based hierarchical limitation which preserves smooth extrema has been implemented. A generic form of numerical fluxes ensuring the global stability of our semi-discrete discretization in the $L_2$ norm has also been designed. Then, this DG discretization has been applied to the one-dimensional system ofconservation laws such as the acoustic system, the shallow-water one and the gas dynamics equations system written in the Lagrangian form. Noticing that the application of the limiting procedure, developed for scalar equations, to the physical variables leads to spurious oscillations, we have described a limiting procedure based on the characteristic variables. In the case of the one-dimensional gas dynamics case, numerical fluxes have been designed so that our semi-discrete DG scheme satisfies a global entropy inequality. Finally, we have applied all the knowledge gathered to the case of the two-dimensional gas dynamics equation written under total Lagrangian form. In this framework, the computational grid is fixed, however one has to follow the time evolution of the Jacobian matrix associated to the Lagrange-Euler flow map, namely the gradient deformation tensor. In the present work, the flow map is discretized by means of continuous mapping, using a finite element basis. This provides an approximation of the deformation gradient tensor which satisfies the important Piola identity. The discretization of the physical conservation laws for specific volume, momentum and total energy relies on a discontinuous Galerkin method. The scheme is built to satisfying exactly the Geometric Conservation Law (GCL). In the case of the third-order scheme, the velocity field being quadratic we allow the geometry to curve. To do so, a Bezier representation is employed to define the mesh edges. We illustrate the robustness and the accuracy of the implemented schemes using several relevant test cases and performing rate convergences analysis
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Picard, Thierry. "Modélisation eulérienne-lagrangienne de la combustion d'ergols dans un moteur de fusée biliquide". Grenoble 2 : ANRT, 1987. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb376088026.
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Sakiz, Marc. "Simulation numérique lagrangienne et modélisation eulérienne d'écoulements diphasiques gaz-particules en canal vertical". Marne-la-vallée, ENPC, 1999. http://www.theses.fr/1999ENPC9925.
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L'objectif de ce travail est d'améliorer la compréhension et la modélisation des écoulements diphasiques gaz-solide en canal vertical, à partir de simulations numériques. Deux méthodes de calcul sont utilisées : une approche lagrangienne (suivi indépendant de la trajectoire de chaque particule) et une approche eulérienne d'ordre 2 (résolution directe d'équations sur la concentration, la vitesse moyenne et les contraintes cinétiques). La mise en équations eulériennes du mouvement des particules (équations d'évolution et conditions limites) est obtenue par une méthode de type cinétique des gaz (avec prise en compte de la rotation). Les caractéristiques de la phase dispersée sont choisies de telle sorte que l'influence de la turbulence du fluide sur les particules soit négligeable, de même que celle des particules sur le fluide. Les simulations lagrangiennes sont utilisées pour analyser finement les différents mécanismes de l'écoulement : interaction fluide/particule, collisions particule/particule, rebonds contre la paroi. Les effets de la rotation, du frottement entre particules et de la portance sont aussi étudiés. Parallèlement, ces résultats de simulation servent à valider indépendamment chacune des hypothèses nécessaires à l'établissement du modèle eulérien et à évaluer exactement l'erreur qu'elles apportent. Les lois de fermeture classiques sont testées (conditions limites, traînée, collisions, dispersion des contraintes), et des modifications sont éventuellement proposées et validées. Enfin, la comparaison directe des profils obtenus par les méthodes eulérienne et lagrangienne permet de tester le modèle eulérien complet et de discuter de son domaine de validité.
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Isdiyana. "Simulation lagrangienne du transport, de particules solides en suspension dans une couche limite turbulente". Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1993. http://www.theses.fr/1993ECDL0039.
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Afin de permettre d'étudier le mécanisme du transport solide dans la région proche du fond, un modèle de calcul des trajectoires individuelles de particules solides en suspension en couche limite turbulente (trapsecl) a été construit. La fluctuation de vitesse de fluide est calculée à chaque pas de temps en respectant la corrélation lagrangienne et la probabilité des bouffées turbulentes. La vitesse des particules solides est obtenue par la résolution de l'équation dynamique régissant leur mouvement. Les effets dus à la rugosité du fond et à la force de portance, elle-même due au gradient de vitesse, sont pris en compte pour le calcul de vitesse de la particule solide. La méthode appliquée permet de traiter une large gamme de taille et de densité de particules. La validation du modèle se fait par comparaison entre les données expérimentales disponibles et les résultats de simulations. Un critère de mise en suspension de particules solides à partir de parois lisses et rugueuses a été établi à l'aide de ce modèle.
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LU, QUIQING. "Etude lagrangienne du transport d'aerosols solides en atmosphere ventilee : modelisation des effets de turbulence". Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 1992. http://www.theses.fr/1992STR13152.
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Ce rapport presente les resultats d'une recherche dont l'objectif est d'apporter une contribution a: la modelisation du mouvement de particules dans des ecoulements turbulents par la methode lagrangienne, l'etablissement d'une methode pour calculer la concentration de particules en ecoulement stationnaire, la realisation d'un logiciel previsionnel pour l'etude du mouvement des aerosols au sein d'ecoulements turbulents confines
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Albrecht-Marc, Michel. "Etude cinétique de l'instabilité Raman en plasma inhomogène par simulation numérique Vlasov semi-lagrangienne". Nancy 1, 2005. http://www.theses.fr/2005NAN10125.
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Dans le cadre de la fusion inertielle, cette thèse porte sur la simulation numérique de la diffusion Raman par mélange optique. Nous avons utilisé un code Vlasov-Maxwell semi-lagrangien permettant une description très fine des effets mis en jeu dans ce type de plasma (caractéristiques des futures machines LMJ et NIF). Nous avons mis en évidence, en profil homogène et inhomogène, l'effet de l'amplification convective de l'onde sonde, qui induit une situation de turbulence faible. Elle est associée à des décalages en pulsation et vecteur d'onde des modes diffusés, suite aux effets cinétiques. Ceci constitue une phase préparatoire du plasma. Par ailleurs, tant la diffusion Raman avant pour des plasmas longs ou la diffusion Brillouin due aux ions ont été prises en compte. Nous pouvons ainsi, dans diverses conditions, mettre en évidence des modes KEEN à basse fréquence (inférieure à la pulsation plasma) apparaissant par couplage paramétrique avec des ondes déjà présentes dans le plasmaIn the field of ICF, this thesis is about the numerical simulation of Raman instability through optical mixing. We used a semi-lagrangian Vlasov-Maxwell code allowing a fine description in phase space of the effects this type of plasma exhibits (likely to occur in future machines LMJ and NIF). We showed, both in homogeneous and inhomogeneous profiles, the effect of the convectively amplified probe wave, inducing weak turbulence in the plasma. It is associated with a nonlinear shift in frequency and wavevector of scattered modes, due to kinetic effects. This is preparing the plasma. Moreover, both forward Raman or Brillouin scatterings were taken into account. Therefore, we have been able to detect in various conditions low frequency (below the plasma frequency) electronic modes (KEEN) appearing through parametric coupling with other waves already in the plasma
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Marongiu, Jean-Christophe. "Méthode numérique lagrangienne pour la simulation d'écoulements à surface libre : application aux turbines Pelton". Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2007. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/TH_T2325_jmarongiu.pdf.
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La méthode SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) est une méthode numérique sans maillage utilisée dans cette étude pour la discrétisation spatiale des équations de la mécanique des fluides (essentiellement les équations d 'Euler). La méthode SPH rencontre depuis quelques années un certain succès dans la simulation d’écoulements à surface libre car son formalisme lagrangien facilite le traitement et le suivi des interfaces. Cette étude a pour but d’appliquer cette méthode pour la simulation des écoulements â surface libre se produisant dans les turbines Pelton. Le formalisme SPH standard est tout d’abord testé, il permet de valider la faisabilité de ce choix mais montre également les limites de la méthode SPH standard, en terme de précision et de fiabilité notamment. Le choix s'est alors porté vers une formulation hybride SPH-ALE (Arbitrary Lagrange Euler) qui entretient une certaine filiation avec le formalisme des volumes finis. SPH-ALE utilise en effet une formulation conservative des équations du mouvement et est capable théoriquement de décrire l'écoulement quelque soit le déplacement des points de discrétisation. Par ailleurs, sur un plan purement numérique, ce formalisme permet l'utilisation de schémas numériques décentrés, en particulier les schémas de type Godunov et leurs variantes d’ordre supérieur. Cette méthode hybride se révèle en pratique nettement supérieure A la méthode standard pour les applications visées. La stabilité des simulations est largement renforcée, et la précision des résultats est fortement améliorée. En particulier le champ de pression retrouve une forme satisfaisante sans lissage numérique particulier. La méthode hybride facilite également le traitement des conditions limites. Alors que ce point constitue une difficulté majeure pour la méthode SPH standard, la méthode SPH-ALE permet de traiter les conditions limites à travers des flux aux frontières qui peuvent être eux-aussi décentre��s. La mise en place d’un traitement cohérent et rigoureux des conditions limites constitue la principale contribution de ce travail de thèse. La méthode SPH-ALE est finalement testée sur des cas représentatifs des applications visées et fournit des résultats satisfaisants. En particulier le champ de pression en paroi solide est prédit correctement. En conclusion, les développements effectués dans cette étude ont été guidés par l'application en turbine Pelton qui était visée. La nécessité de manipuler des géométries complexes et d'obtenir un niveau de précision correct ont conduit à privilégier et à développer la méthode hybride SPH-ALE. Ce travail ouvre des perspectives prometteuses de développement rapide grâce au lien existant entre SPH-ALE et la méthode des volumes finisThe SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) method is a meshless numerical method used in this study to spatially discret ize fluid mechanics equations ( mostly 'Euler equations). Sin ce few years, SPH is becoming successfull in simulating free surface flows thanks to its lagrangian formalism , which eases the handling of interfaces. This study aims at applying this method to simulate free surface flows as those happening in Pelton turbines. The standard SPH formalism is first tested. This validates the feasability of using SPH for this application but also underlines the weaknesses of the standard method, notably in terms of accuracy and reliabili ty. A hybrid formulation called SPH-ALE (Arbitrary Lagrange Euler) has then been chosen. This method has many similarities with the Finite Volume method. Indeed it uses the conservation form of flow equations and is theoretically able to handle properly any smooth transport field of the discretization points. In addition, from a purely numerical point of view, the SPH-ALE formalism allows a proper use of upwind numerical schemes, and in particular Godunov and higher order schemes. In practice, this hybrid method behaves better than the standard one for the targeted applications. Stability and accuracy of the simulations are greatly improved. In particular the pressure field can be correctly predicted without resorting to any numerical smoothing. . The introduction of boundary conditions is also easier with the hybrid method. Whereas this is one major challenge for the standard SPH method, SPH-ALE can handle boundary conditions through boundary fluxes which can also be computed in an upwind fashion. The setting of a consistent and rigorous boundary treatment is the main contribution of this study. The SPH-ALE method is tested and validated on typical cases, giving satisfacory results, particularly for the pressure field on solid boundaries. To conclude, developments presented in this study have been driven by the targeted application in Pelton turbines. The need for a proper handling of bodies with complex shapes and the requirement of accuracy have lead to a focus on the hybrid SPH-ALE method. This work opens the door to promising perspectives and quick developments thanks to the strong link with the Finite Volumes method
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Al, Roumi Fosca. "Théorie Lagrangienne Relativiste de la Formation des Grandes Structures : description Intrinsèque des Perturbations et Gravitoélectromagnétisme". Thesis, Lyon 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LYO10136/document.
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La dynamique de formation des structures de l'Univers est habituellement décrite dans le cadre du modèle standard de Cosmologie. Cependant, pour que les observations cosmologiques soient cohérentes avec le modèle standard, il est nécessaire de supposer l'existence d'une grande proportion d'éléments de nature inconnue dans le contenu de l'Univers. Pour tenter de résoudre cette énigme, nous ne considèrerons pas d'autres sources dans le contenu de l'Univers que celles ordinaires et resterons dans le cadre de la Relativité Générale. Nous développerons néanmoins une description plus réaliste de la formation de structures dans le cadre de la théorie d'Einstein. Ainsi, contrairement au modèle standard de Cosmologie, nous ne supposerons pas que l'Univers moyenné est une solution homogène et isotrope des équations d'Einstein. Lors de mon travail sous la direction de Thomas Buchert, j'ai participé au développement d'un formalisme perturbatif permettant une description plus réaliste de la dynamique de l'espace-temps. J'ai également contribué à l'obtention de solutions relativistes à la partie gravitoélectrique des équations d'Einstein en généralisant les solutions perturbatives newtoniennes. Ces travaux ont été réalisés dans le cadre d'une approche lagrangienne intrinsèque, évitant ainsi de définir les grandeurs physiques sur un fond plat. L'approche gravitoélectromagnétique que j'ai adoptée m'a permis une interprétation nouvelle et performante des solutions des équations d'Einstein. Enfin, j'ai étudié l'impact de la topologie sur la dynamique des ondes gravitationelles à l'aide d'une description globale de l'hypersurface spatiale, permise par des théorèmes mathématiques puissantsThe dynamics of structure formation in the Universe is usually described by Newtonian numerical simulations and analytical models in the frame of the Standard Model of Cosmology. The structures are then defined on a homogeneous and isotropic background. Such a description has major drawbacks since, to be self-consistent, it entails a large amount of dark components in the content of the Universe. To address the problem of dark matter and dark energy, we will neither suppose that exotic sources contribute to the content of the Universe, nor that General Relativity is obsolete. We will develop a more realistic description of structure formation in the frame of General Relativity and thus no longer assume that the average model is a homogeneous-isotropic solution of the Einstein equations, as claimed by the Standard Model of Cosmology. During my work under the supervision of Thomas Buchert, I contributed to the development of the perturbative formalism that enables a more realistic description of spacetime dynamics. In the framework of the intrinsic Lagrangian approach, which avoids defining physical quantities on a flat background, I contributed to the building of relativistic solutions to the gravitoelectric part of the Einstein equations from the generalization of the Newtonian perturbative solutions. Moreover, the gravitoelectromagnetic approach I worked with has provided a new understanding of the dynamics of the analytical solutions to the field equations. Finally, treating globally the spatial manifold, I used powerful mathematical tools and theorems to describe the impact of topology on the dynamics of gravitational waves