Дисертації: "Méthode de Boltzmann sur réseau – Aérodynamique"

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Suss, Alexandre. "Couplage des méthodes Navier-Stokes et Lattice Boltzmann pour les simulations aérodynamiques instationnaires." Electronic Thesis or Diss., Paris, HESAM, 2023. http://www.theses.fr/2023HESAC044.

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Анотація:

La simulation numérique appliquée à la mécanique des fluides est devenue un outil de conception indispensable pour l’industrie aéronautique. Alors que la plupart des simulations industrielles sont réalisées à l’aide d’une approche RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes), celle-ci montre ses limites dès lors qu’il s’agit de caractériser finement des écoulements turbulents instationnaires ou d’étudier des phénomènes aéroacoustiques large-bande. Ainsi, les industriels expriment un besoin grandissant d'outils de simulation haute-fidélité performants. Deux méthodes numériques se montrent particulièrement prometteuses pour la réalisation de telles simulations dans un futur proche : les méthodes Navier-Stokes et la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM). Les travaux menés dans le cadre de cette thèse ont contribué à fournir une meilleure compréhension des avantages et des inconvénients respectifs de ces deux méthodes, démontrant que les méthodes de Boltzmann sur réseau et Navier-Stokes se complètent plutôt qu'elles ne se concurrencent. Pour cela, l’étude s’est divisée en deux grandes parties. En premier lieu, une comparaison exhaustive et rigoureuse des méthodes de Boltzmann sur réseau et Navier-Stokes a été réalisée. Différents aspects des méthodes numériques ont été discutés comme leur dissipation et dispersion intrinsèque, leur performance dans un environnement de calcul parallèle (HPC) ainsi que leur capacité à simuler efficacement différents problèmes canoniques de la LES à un niveau de précision donné. Cette étude a permis d’apporter un nouveau regard sur les propriétés des méthodes de Boltzmann sur réseau et Navier-Stokes et de fournir des éléments d’aide à la décision afin d’orienter le choix des ingénieurs vers l’utilisation d’une méthode par rapport à l’autre selon le type d’application visée et le niveau de fidélité requis. Dans un second temps, la possibilité de la mise en place d’un couplage entre les méthodes de Boltzmann sur réseau et Navier-Stokes a été explorée. En effet, de nombreux aspects de la LBM posent encore problèmes ou restent peu efficaces. En particulier le traitement numérique de la zone de proche paroi reste mal défini due à la forme cartésienne des maillages imposée par la méthode. A l'inverse, les approches Navier-Stokes classiques sont particulièrement performantes dans le voisinage de la paroi de par l'utilisation de maillages curvilignes à très grand rapport d'aspect et de méthodes d'intégration temporelle implicites. Ainsi, une méthode numérique hybride innovante a été développée reposant sur un couplage zonal des méthodes de Boltzmann sur réseau et Navier-Stokes, puis étendu au cas de maillages recouvrants (approche Chimère). De nombreuses validations permettent de montrer l’intérêt de cette stratégie. Notamment, cette nouvelle méthode hybride permet de réduire le coût de simulations aéroacoustiques directes en offrant une précision optimale
Computational Fluid Dynamics has become an important design tool for the aeronautical industry. While most industrial simulations are carried out using a RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes) approach, this approach is showing its limitations when it comes to finely characterising unsteady turbulent flows or studying broadband aeroacoustic phenomena. In this context, manufacturers are increasingly looking for high-performance, high-fidelity simulation tools. Two numerical methods are showing particular promise for performing industrial-scale high-fidelity flow simulations in the near future: the Navier-Stokes method and the lattice Boltzmann method (LBM). These two approaches are often presented as competing, but each has its own specific features and requirements. The research carried out as part of this thesis has helped to provide a better understanding of the respective advantages and disadvantages of these two methods, revealing that the lattice Boltzmann and Navier-Stokes methods complement each other rather than compete. The study is divided into two main parts. Firstly, a comprehensive and rigorous comparison of the lattice Boltzmann and Navier-Stokes methods was conducted. The numerical methods were examined in various aspects, such as their intrinsic dissipation and dispersion, their performance in a parallel computing environment (HPC) and their ability to efficiently simulate various canonical LES problems at a given level of accuracy. This study has offered a new perspective on the properties of the lattice Boltzmann and Navier-Stokes methods, providing several decision aids to help the CFD community choose one method over the other based on the type of application and the fidelity level required. Secondly, this PhD explored the possibility of coupling the lattice Boltzmann and Navier-Stokes methods. Indeed, while the LBM offers many benefits, there are still some issues and inefficiencies, especially regarding the numerical treatment of the near-wall zone. The Cartesian shape of the meshes imposed by the method is one of the main reasons for this problem. In contrast, classical Navier-Stokes approaches are particularly effective in the vicinity of the wall thanks to the use of curvilinear meshes with very high aspect ratios and implicit time integration methods. Therefore, an innovative hybrid numerical method was developed based on a zonal coupling of the lattice Boltzmann and Navier-Stokes methods. This approach was then extended to the case of overset meshes (Chimera approach). Numerous validations have demonstrated the value of this strategy. In particular, this new hybrid method makes it possible to reduce the cost of direct aeroacoustic simulations while maintaining optimum accuracy

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Hekmati, Abbas. "Analyse des évènements aérodynamiques à l'origine des émissions sonores à partir de simulations numériques." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00734572.

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Cette étude porte sur le développement d'outils d'analyse pour l'identification des évènements aérodynamiques à l'origine des émissions sonores dans les écoulements turbulents. Une application aux écoulements autour d'un véhicule automobile et à l'intérieur d'un habitacle automobile est proposée dans ces travaux. Ces écoulements permettent d'aborder aussi bien le rayonnement direct que le rayonnement des panneaux soumis à une excitation aéroacoustique. Pour ces analyses, des simulations numériques directes basées sur la méthode Boltzmann sur réseau ont été mises en œuvre pour analyser les phénomènes aéroacoustiques présents dans ces configurations d'écoulements tels que l'aérateur d'une voiture, l'écoulement autour d'un rétroviseur, l'écoulement autour d'une voiture (vitrages). Des premières investigations à partir de ces bases de données ont été menées en utilisant des méthodes de causalité permettant de relier les évènements aérodynamiques aux émissions sonores. Ainsi, pour l'analyse du rayonnement direct, la Décomposition Orthogonale aux valeurs Propres Etendue (EPOD) est retenue. L'utilisation de cette méthode a nécessité dans un premier temps de s'assurer de la fiabilité des grandeurs numériques disponibles en terme de convergence statistique. On a ainsi pu mettre en évidence l'importance d'une telle étude préliminaire de faisabilité pour de telles analyses aéroacoustiques. Ensuite, la procédure initiale de l'EPOD est améliorée par la prise en compte d'un temps de retard entre le bruit rayonné et le champ aérodynamique. Différentes variables (champ de vitesse, tenseur de Lighthill, pression) dans la région aérodynamique pour représenter les évènements ''sources'', ont également été testées. Il a ainsi été montré l'intérêt d'utiliser le champ de pression pour de telles analyses. Des évènements aérodynamiques à l'origine des émissions sonores émises à certaines fréquences ont ainsi pu être caractérisés. L'étude du rayonnement acoustique des panneaux est tout d'abord effectuée par un modèle éléments finis d'une plaque sous une excitation déterministe. Cette description déterministe est obtenue à l'aide d'une démarche de synthèse partant d'un modèle statistique décrivant les composantes turbulente et acoustique du champ d'excitation aéroacoustique. La réponse vibroacoustique de la plaque vis-à-vis des champs homogènes d'excitation est étudiée et comparée favorablement aux prédictions théoriques. L'application à un champ d'excitation inhomogène a également été effectuée avec succès. Ensuite, une analyse de contribution des différentes composantes (aérodynamique et acoustique) du champ d'excitation au champ acoustique rayonné est effectuée à l'aide de la fonction de cohérence. Les limitations de cette méthode de causalité qui sont dues à la nature étendue et incohérente des sources ont été démontrées. Enfin, une démarche basée sur la décomposition du champ de pression pariétale par la POD est développée afin de séparer les composantes acoustique et turbulente du champ total d'excitation. Une première application de cette méthode à des données synthétiques a montré l'efficacité de cette nouvelle approche. Cette méthode est finalement appliquée avec succès à un champ de pression pariétale issu de la simulation numérique de l'écoulement autour d'un véhicule réel. Cette dernière étape de ce travail offre de nombreuses perspectives relatives aussi bien à la modélisation des champs de pression pariétale qu'à des analyses des couplages aéroacoustiques de ces champs de pression.

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Lestang, Thibault. "Numerical simulation and rare events algorithms for the study of extreme fluctuations of the drag force acting on an obstacle immersed in a turbulent flow." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEN049/document.

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Cette thèse porte sur l'étude numérique des fluctuations extrêmes de la force de traînée exercée par un écoulement turbulent sur un corps immergé.Ce type d'évènement, très rare, est difficile à caractériser par le biais d'un échantillonnage direct, puisqu'il est alors nécessaire de simuler l'écoulement sur des durées extrêmement longues. Cette thèse propose une approche différente, basée sur l'application d'algorithmes d'échantillonnage d'événements rares. L'objectif de ces algorithmes, issus de la physique statistique, est de modifier la statistique d'échantillonnage des trajectoires d'un système dynamique, de manière à favoriser l'occurrence d'événements rares. Si ces techniques ont été appliquées avec succès dans le cas de dynamiques relativement simples, l'intérêt de ces algorithmes n'est à ce jour pas clair pour des dynamiques déterministes extrêmement complexes, comme c'est le cas pour les écoulement turbulents.Cette thèse présente tout d'abord une étude de la dynamique et de la statistique associée aux fluctuations extrêmes de la force de traînée sur un obstacle carré fixe immergé dans un écoulement turbulent à deux dimensions. Ce cadre simplifié permet de simuler la dynamique sur des durées très longues, permettant d'échantillonner un grand nombre de fluctuations dont l'amplitude est assez élevée pour être qualifiée d'extrême.Dans un second temps, l'application de deux algorithmes d’échantillonnage est présentée et discutée.Dans un premier cas, il est illustré qu'une réduction significative du temps de calcul d'extrêmes peut être obtenue. En outre, des difficultés liées à la dynamique de l'écoulement sont mises en lumière, ouvrant la voie au développement de nouveaux algorithmes spécifiques aux écoulements turbulents
This thesis discusses the numerical simulation of extreme fluctuations of the drag force acting on an object immersed in a turbulent medium.Because such fluctuations are rare events, they are particularly difficult to investigate by means of direct sampling. Indeed, such approach requires to simulate the dynamics over extremely long durations.In this work an alternative route is introduced, based on rare events algorithms.The underlying idea of such algorithms is to modify the sampling statistics so as to favour rare trajectories of the dynamical system of interest.These techniques recently led to impressive results for relatively simple dynamics. However, it is not clear yet if such algorithms are useful for complex deterministic dynamics, such as turbulent flows.This thesis focuses on the study of both the dynamics and statistics of extreme fluctuations of the drag experienced by a square cylinder mounted in a two-dimensional channel flow.This simple framework allows for very long simulations of the dynamics, thus leading to the sampling of a large number of events with an amplitude large enough so as they can be considered extreme.Subsequently, the application of two different rare events algorithms is presented and discussed.In the first case, a drastic reduction of the computational cost required to sample configurations resulting in extreme fluctuations is achieved.Furthermore, several difficulties related to the flow dynamics are highlighted, paving the way to novel approaches specifically designed to turbulent flows

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Marié, Simon. "Etude de la méthode Boltzmann sur Réseau pour les simulations en aéroacoustique." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00311293.

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Ce travail de thèse s'inscrit dans une problématique visant à étudier numériquement le bruit d'origine aérodynamique généré par les écoulements turbulents autour des véhicules en utilisant la méthode Boltzmann sur Réseau (LBM). Les objectifs de cette thèse sont l'étude des capacités aéroacoustiques de la LBM ainsi que l'élaboration d'un code de calcul tridimensionnel et parallèle.
Dans un premier temps, les élements historiques et théoriques de la LBM sont présentés ainsi que le développement permettant de passer de l'équation de Boltzmann aux équations de Navier-Stokes. La construction des modèles à vitesses discrètes est également décrite. Deux modèles basés sur des opérateurs de collision différents sont présentés : le modèle LBM-BGK et le modèle LBM-MRT. Pour l'étude des capacités aéroacoustiques de la LBM, une analyse de von Neumann est réalisée pour les modèles LBM-BGK et LBM-MRT ainsi que pour l'équation de Boltzmann à vitesse discrète (DVBE). Une comparaison avec les schémas Navier-Stokes d'ordre élevé est alors menée. Pour remédier aux instabilités numériques de la méthode Boltzmann sur Réseau intervenant lors de la propagation dans des directions particulières à M>0.1, des filtres sélectifs sont utilisés et leur effet sur la dissipation est étudié.
Dans un second temps, le code de calcul L-BEAM est présenté. La structure générale et les différentes techniques de calculs sont décrites. Un algorithme de transition de résolution est développé. La modélisation de la turbulence est abordée et le modèle de Meyers-Sagaut est implémenté dans le code. Enfin, des cas tests numériques sont utilisés pour valider le code et la simulation d'un écoulement turbulent complexe est réalisée.

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Thandavamoorthy, Gayathiri. "Modélisation des phénoménes transitoire lents avec la méthode de Boltzmann sur réseau." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066210/document.

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Un nouveau logiciel CFD, LaBS, basé sur la méthode de lattice Boltzmann sur Réseau a été développé dans le cadre d'un projet entre universités et industries. LaBS est utilisé pour la simulation numérique des écoulements thermiques avec un nouveau modèle de frontière immergée pour les conditions limites thermiques. Ce modèle est basé sur la méthode de reconstruction de la fonction de distribution et est évalué pour des conditions limites coincidentes et non-coincidentes avec le maillage, sur le phénomène de diffusion thermique et de convection naturelle.Renault s'intéresse aux situations d'arrêt péage ou de contact coupé, pour lesquelles sont considérés un véhicule roulant à une vitesse soutenue, sur une autoroute par exemple, et qui subit un arrêt ou un ralentissement brutal (avec ou sans contact coupé).Dans ce genre de situation le refroidissement du compartiment moteur qui était assuré par le phénomène de convection forcé durant le roulage laisse place au phénomène de convection naturelle durant les phases de base vitesse ou de vitesse nulle.Le phénomène de convection naturelle est un phénomène lent, qui peut prendre plusieurs minutes à évacuer la chaleur accumulée dans le compartiment moteur. La présence de température élevée pendant une durée trop importante dans le compartiment moteur peut endommager certains composants qui possèdent des seuils de température critique.Pour anticiper ce problème de surchauffe du compartiment moteur, dans lequel un grand nombre de pièces à géométries complexes sont présentes, le phénomène de convection naturelle est étudié avec le nouveau modèle de frontière immergée thermique.%Ce modèle est d'abord testé sur des cas test académique pour validation et est ensuite appliqué au cas d'une voiture réelle.La modélisation des écoulements thermiques avec la méthodes de lattice Boltzmann sur Réseau (LBM) peut-être classée en trois catégories: l'approche multi-vitesse, l'approche hybride et l'approche à deux fonctions de distribution (DDF: Double-Distribution-Function).L'approche multi-vitesse, utilise une équation pour résoudre le champ de vitesse, de densité et de température qui sont résolus avec la LBM. Tandis que l'approche hybride et l'approche DDF utilise un jeux de deux équations, un pour résoudre le champ de vitesse et de densité et l'autre pour résoudre le champ de température.L'approche hybride résout le champ de vitesse et de densité avec la LBM et utilise une méthode de différence finie ou de volume fini pour résoudre le champ de température. L'approche DDF résout quand à elle les deux équations avec la LBM.Le modèle thermique utilisé dans LaBS est basé sur l'approche DDF où les deux équations sont couplées par l'hypothèse de Boussinesq. Le champ de vitesse et de densité est résolu avec un réseau de dix-neuf vitesses discrètes (D3Q19) et champs de température est résolut soit par un réseau à dix-neuf vitesses discrètes (D3Q19) soit par un réseau à sept vitesses discrètes (D3Q7).Le nouveau modèle de frontière immergée décompose la fonction de distribution aux noeuds frontière en sa partie à l'équilibre et hors équilibre. La partie hors équilibre est calculée à partir d'une formulation théorique issus du développement de Chapman-Enskog.La validation du modèle DDF implémenté dans LaBS est faite sur un ensemble de cas test de complexité croissante. Les résultats obtenus avec LaBS sont comparés aux solutions analytiques ou encore à des articles de référence et sont en accord avec les résultats attendus. Ils montrent que qualitativement les résultats sont aussi bons pour le modèle D3Q19/D3Q19 que pour le modèle D3Q19/D3Q7 mais que quantitativement le modèle D3Q19/D3Q19 reste meilleur
A new three-dimensional CFD solver, LaBS, based on the lattice Boltzmann alogorithms has been developed in a framework of university and industry consortium. In this thesis, this solver is used to simulate thermal flows, with a new thermal boundary condition for immersed solid boundary. The new proposed thermal boundary condition is based on the reconstruction method of the distribution function and is evaluated for immersed solid with coincident and non-coincident wall on the case of diffusion and natural convection phenomena.Renault case study, deals with a vehicle moving at constant speed (highway) that suddently slows down and stops (with or without a cut off contact). In such situation the cooling of the engine compartment first driven by forced convection during taxiing stage, abruptly switches to natural convection in low velocity stages. As natural convection is a slow process, it can take several minutes to remove the accumulated heat in the engine compartment. Such duration could be damaging for some components of the engine compartement which do not tolerate high temperature.In order to anticipate overheating of the engine compartment, where a lot of automotive parts with complex geometry are present and to avoid the above mentioned damages, the phenomenon of natural convection is here studied with the new thermal boundary condition.%The new proposed thermal boundary condition is first tested on academic case studies for validation, and then applied to the case of a real car.The modelling of thermal flows with the lattice Boltzmann method (LBM) can be classified into three categories: the multispeed approach, the hybrid approach and the double-distribution-function (DDF) approach. The multispeed approach, uses only one equation to resolve velocity, density and temperature field, which is solved by the LBM. Whereas the hybrid approach and the DDF approach utilize two sets of equations, one to resolve velocity field and density field and another to resolve temperature field. The hybrid approach solves velocity field and density field by the LBM method and the temperature field by finite-different or finite-volume methods. On the other hand the DDF approach solves the two equations with LBM.The thermal model used in the solver LaBS is based on the coupled DDF approach. In this model, the flow field is solved by a D3Q19 velocity model while the temperature field is solved by a D3Q19 or a D3Q7 velocity model. The coupling between the momentum and the energy transport is made by the boussinesq approximation. The new proposed thermal boundary condition decomposes the distribution function at the boundary node into its equilibrium and non-equilibrium part. The non-equilibrium part is calculated from the theoretical solution based on Chapman-Enskog developement.LaBS thermal model based on the coupled DDF approach is evaluated on a set of cases with increasing complexity. The results obtained with LaBS are compared with analytical solutions or with reference articles and are in a good agreement with the results expected. Results show that the model D3Q19/D3Q7 is qualitatively as good as the model D3Q19/D3Q19 but quantitatively the model D3Q19/D3Q19 remains the best

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Tekitek, Mohamed Mahdi. "Identification de modèles et de paramètres pour la méthode de Boltzmann sur réseau." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00207541.

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Cette thèse comporte trois parties: étude du schéma de Boltzmann sur réseau, schéma adjoint de Boltzmann sur réseau pour l'identification de paramètres et construction d'une couche parfaitement absorbante pour ce schéma.

La première partie introduit et analyse la méthode.

La deuxième partie décrit une approche variationnelle pour l'assimilation de paramètres relatifs à la méthode du gaz de Boltzmann sur réseau. Une méthode adjointe discrète en temps est développée. L'algorithme est d'abord testé sur un écoulement de type Poiseuille linéaire (problème de Stokes), puis il est appliqué à un problème non linéaire. Des résultats encourageants sont obtenus pour un et deux paramètres inconnus.

Finalement la troisième partie décrit une adaptation des couches absorbantes de Bérenger. Il en résulte un modèle d'automate de Boltzmann à neuf vitesses discrètes. Une analyse des ondes réfléchies est ensuite réalisée entre deux milieux de Boltzmann à une dimension, ce qui permet d'obtenir un équivalent des formules de Fresnel pour les schémas de Boltzmann et de proposer des modifications du schéma à l'interface pour annuler les ondes réfléchies. En deux dimensions, la même analyse d'ondes réfléchies met en évidence l'apparition de modes de Knudsen et des ondes transverses qui rendent l'analyse complexe.

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Wang, Yan. "Etude de la méthode de Boltzmann sur réseau pour la segmentation d'anévrismes cérébraux." Thesis, Lyon, INSA, 2014. http://www.theses.fr/2014ISAL0078/document.

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L'anévrisme cérébral est une région fragile de la paroi d'un vaisseau sanguin dans le cerveau, qui peut se rompre et provoquer des saignements importants et des accidents vasculaires cérébraux. La segmentation de l'anévrisme cérébral est une étape primordiale pour l'aide au diagnostic, le traitement et la planification chirurgicale. Malheureusement, la segmentation manuelle prend encore une part importante dans l'angiographie clinique et elle est devenue couteuse en temps de traitement étant donné la gigantesque quantité de données générées par les systèmes d'imagerie médicale. Les méthodes de segmentation automatique d'image constituent un moyen essentiel pour faciliter et accélérer l'examen clinique et pour réduire l'interaction manuelle et la variabilité inter-opérateurs. L'objectif principal de ce travail de thèse est de développer des méthodes automatiques pour la segmentation et la mesure des anévrismes. Le présent travail de thèse est constitué de trois parties principales. La première partie concerne la segmentation des anévrismes géants qui contiennent à la fois la lumière et le thrombus. La méthode consiste d'abord à extraire la lumière et le thrombus en utilisant une procédure en deux étapes, puis à affiner la forme du thrombus à l'aide de la méthode des courbes de niveaux. Dans cette partie, la méthode proposée est également comparée à la segmentation manuelle, démontrant sa bonne précision. La deuxième partie concerne une approche LBM pour la segmentation des vaisseaux dans des images 2D+t et de l'anévrisme cérébral dans les images en 3D. La dernière partie étudie un modèle de segmentation 4D en considérant les images 3D+t comme un hypervolume 4D et en utilisant un réseau LBM D4Q81, dans lequel le temps est considéré de la même manière que les trois autres dimensions pour la définition des directions de mouvement des particules dans la LBM, considérant les données 3D+t comme un hypervolume 4D et en utilisant un réseau LBM D4Q81. Des expériences sont réalisées sur des images synthétiques d'hypercube 4D et d'hypersphere 4D. La valeur de Dice sur l'image de l'hypercube avec et sans bruit montre que la méthode proposée est prometteuse pour la segmentation 4D et le débruitage
Cerebral aneurysm is a fragile area on the wall of a blood vessel in the brain, which can rupture and cause major bleeding and cerebrovascular accident. The segmentation of cerebral aneurysm is a primordial step for diagnosis assistance, treatment and surgery planning. Unfortunately, manual segmentation is still an important part in clinical angiography but has become a burden given the huge amount of data generated by medical imaging systems. Automatic image segmentation techniques provides an essential way to easy and speed up clinical examinations, reduce the amount of manual interaction and lower inter operator variability. The main purpose of this PhD work is to develop automatic methods for cerebral aneurysm segmentation and measurement. The present work consists of three main parts. The first part deals with giant aneurysm segmentation containing lumen and thrombus. The methodology consists of first extracting the lumen and thrombus using a two-step procedure based on the LBM, and then refining the shape of the thrombus using level set technique. In this part the proposed method is also compared with manual segmentation, demonstrating its good segmentation accuracy. The second part concerns a LBM approach to vessel segmentation in 2D+t images and to cerebral aneurysm segmentation in 3D medical images through introducing a LBM D3Q27 model, which allows achieving a good segmentation and high robustness to noise. The last part investigates a true 4D segmentation model by considering the 3D+t data as a 4D hypervolume and using a D4Q81 lattice in LBM where time is considered in the same manner as for other three dimensions for the definition of particle moving directions in the LBM model

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Tekitek, Mohamed-Mahdi. "Identification de modèles et de paramètres pour la méthode de Boltzmann sur réseau." Paris 11, 2007. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00207541.

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Cette thèse comporte trois parties: étude du schéma de Boltzmann sur réseau, schéma adjoint de Boltzmann sur réseau pour l'identification de paramètres et construction d'une couche parfaitement absorbante pour ce schéma. La première partie introduit et analyse la méthode. La deuxième partie décrit une approche variationnelle pour l'assimilation de paramètres relatifs à la méthode du gaz de Boltzmann sur réseau. Une méthode adjointe discrète en temps est développée. L'algorithme est d'abord testé sur un écoulement de type Poiseuille linéaire (problème de Stokes), puis il est appliqué à un problème non linéaire. Des résultats encourageants sont obtenus pour un et deux paramètres inconnus. Finalement la troisième partie décrit une adaptation des couches absorbantes de Bérenger. Il en résulte un modèle d'automate de Boltzmann à neuf vitesses discrètes. Une analyse des ondes réfléchies est ensuite réalisée entre deux milieux de Boltzmann à une dimension, ce qui permet d'obtenir un équivalent des formules de Fresnel pour les schémas de Boltzmann et de proposer des modifications du schéma à l'interface pour annuler les ondes réfléchies. En deux dimensions, la même analyse d'ondes réfléchies met en évidence l'apparition de modes de Knudsen et des ondes transverses qui rendent l'analyse complexe
This thesis is composed of three parts. Firstly a study of Lattice Boltzmann scheme (LBE) is performed. Then Adjoint Lattice Boltzmann scheme (ALBE) is introduced for parameters identification. Finally a new Lattice Boltzmann scheme (BRB) is proposed to modelise B\'erenger's Perfectly Matched Layer (PML) method. The first part introduces and analyzes the LBE method. The second part describes a variational approach for parameters identification adapted to LBE. A time discrete adjoint method is developed. At first the ALBE method is applied to Stokes' problem and then to a nonlinear problem. Good results have been obtained in the cases of one or tow unknown parameters. Finally the third part describes an adaptation of PML for LBE. The LB scheme is obtained with 9 discretes velocities. An analysis of reflected waves between two one dimensional LB media is performed. It provides us an equivalent for the Fresnel formula for LBE interface. That gives us same ideas to modify the LB scheme at the interface to vanish reflected waves. In the two dimensional case, the same analysis of reflected waves shows the existence of Knudsen modes and transverse waves, which make the analysis more difficult

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Grondeau, Mikaël. "Modélisation des effets de sillage d'une hydrolienne avec la méthode de Boltzmann sur réseau." Thesis, Normandie, 2018. http://www.theses.fr/2018NORMC257/document.

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Dans un contexte mondial où l’accès à l’énergie est un problème de premier plan, l’exploitation des courants de marée avec des hydroliennes revête un intérêt certain. Les écoulements dans les zones à fort potentiel énergétique propices à l’installation d’hydroliennes sont souvent fortement turbulents. Or la turbulence ambiante impacte fortement l’hydrodynamique avoisinante et le fonctionnement de la turbine. Une prédiction fine de la turbulence et du sillage est fondamentale pour l'optimisation d'une ferme d'hydroliennes. Un modèle de simulation de l'écoulement autour de la turbine doit donc être précis et tenir compte de la turbulence ambiante. Un outil basé sur la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM) est utilisé à ces fins, en association avec une approche de simulation des grandes échelles (LES). La LBM est une méthode instationnaire de modélisation d’écoulement fluide. Une méthode de génération de turbulence synthétique est implémentée afin de prendre en compte la turbulence ambiante des sites hydroliens. Les géométries complexes, potentiellement en mouvement, sont modélisées avec la méthode des frontières immergées (IBM). La mise en place d’un modèle de paroi est réalisée afin de réduire le cout en calcul du modèle. Ces outils sont ensuite utilisés pour modéliser en LBM-LES une hydrolienne dans un environnement turbulent. Les calculs, réalisés à deux taux de turbulence différents, sont comparés avec des résultats expérimentaux et des résultats NS-LES. Les modélisations LBM-LES sont ensuite utilisées pour analyser le sillage de l'hydrolienne. Il est notamment observé qu'un faible taux de turbulence impacte de manière significative la propagation des tourbillons de bout de pale
In a global context where access to energy is a major problem, the exploitation of tidal currents with tidal turbines is of particular interest. Flows in areas with high energy potential suitable for the installation of tidal turbines are often highly turbulent. However, the ambient turbulence has a strong impact on the surrounding hydrodynamics and the turbine operation. A precise prediction of turbulence and wake is fundamental to the optimization of a tidal farm. A numerical model of the flow around the turbine must therefore be accurate and take into account the ambient turbulence. A tool based on the Lattice Boltzmann Method (LBM) is used for this purpose, in combination with a Large Eddy Simulation (LES) approach. The LBM is an unsteady method for modelling fluid flows. A synthetic turbulence method is implemented to take into account the ambient turbulence of tidal sites. Complex geometries, potentially in motion, are modelled using the Immersed Boundary Method (IBM). The implementation of a wall model is carried out in order to reduce the cost of the simulations. These tools are then used to model a turbine in a turbulent environment. The calculations, performed at two different turbulence rates, are compared with experimental and NS-LES results. The LBM-LES models are then used to analyze the wake of the turbine. In particular, it is observed that a low turbulence rate has a significant impact on the propagation of tip-vortices

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Marcou, Olivier. "Modélisation et contrôle d’écoulements à surface libre par la méthode de Boltzmann sur réseau." Perpignan, 2010. http://www.theses.fr/2010PERP1001.

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Ce travail de thèse traite de la modélisation et la simulation des systèmes complexes et s’inscrit dans la thématique du contrôle et la gestion des ressources en eau. Nous proposons une approche originale basée sur les modèles de Boltzmann sur réseau pour représenter les écoulements au sein des canaux d’irrigation, habituellement décrits par les équations non linéaires de Saint-Venant. Nous avons adapté un modèle bi-fluide et étudié les conditions aux bords qui permettent de reproduire la géométrie d’un canal à surface libre. Des méthodes de détermination des grandeurs hydrauliques d’intérêt ont été développées. Nous nous sommes intéressés au comportement des vannes de fond en régime noyé, et nous démontrons que le modèle permet de décrire celui-ci spontanément dans différentes situations de fonctionnement. Des validations ont été effectuées par le biais d’une comparaison avec des expérimentations menées sur un micro-canal expérimental. Nous avons également introduit dans le modèle des phénomènes de sédimentation et étudié l’influence de la présence d’un dépôt de sédiments sur l’écoulement. Là aussi, les résultats de simulation et d’expérimentation convergent
This PhD work considers the general problem of modelling and simulation of complex systems and deals with the domain of control and management of water resources. We propose here an original approach based on Lattice Boltzmann models (LB) for modelling free surface flows in irrigation canals, usually described with the non-linear shallow water equations. We adapted a bi-fluid model and studied the boundary conditions which allow to reproduce the geometry of a free-surface irrigation canal. Methods for estimating the desired hydraulic quantities were developed. We studied the behavior of submerged underflow gates, and we show that the model is able to spontaneously and correctly describe how the gates function in quite different situations. Validations were realized by comparing results from simulations and experimentations performed on a laboratory micro-canal facility. We also introduced sedimentation phenomena in the model and studied the influence of a sedimentation deposit on the flow. Comparisons between experimental and simulation results were also performed and converged

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Horstmann, Tobias. "Méthodes numériques hybrides basées sur une approche Boltzmann sur réseau en vue de l'application aux maillages non-uniformes." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEC027/document.

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Malgré l'efficacité informatique et la faible dissipation numérique de la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM) classique reposant sur un algorithme de propagation-collision, cette méthode est limitée aux maillages cartésiens uniformes. L'adaptation de l'étape de discrétisation à différentes échelles de la mécanique des fluides est généralement réalisée par des schémas LBM à échelles multiples, dans lesquels le domaine de calcul est décomposé en plusieurs sous-domaines uniformes avec différentes résolutions spatiales et temporelles. Pour des raisons de connectivité, le facteur de résolution des sous-domaines adjacents doit être un multiple de deux, introduisant un changement abrupt des échelles spatio-temporelles aux interfaces. Cette spécificité peut déclencher des instabilités numériques et produire des sources de bruit parasite rendant l'exploitation de simulations à finalités aéroacoustiques impossible. Dans la présente thèse, nous avons d'abord élucidé le sujet du raffinement de maillage dans la LBM classique en soulignant les défis et les sources potentielles d'erreur. Par la suite, une méthode de Boltzmann sur réseau hybride (HLBM) est proposée, combinant l'algorithme de propagation-collision avec un algorithme de flux au sens eulérien obtenu à partir d'une discrétisation en volumes finis des équations de Boltzmann à vitesse discrète. La HLBM combine à la fois les avantages de la LBM classique et une flexibilité géométrique accrue. La HLBM permet d'utiliser des maillages cartésiens non-uniformes. La validation de la méthode hybride sur des cas tests 2D à finalité aéroacoustique montre qu'une telle approche constitue une alternative viable aux schémas Boltzmann sur réseau à échelles multiples, permettant de réaliser des raffinements locaux en H. Enfin, un couplage original, basé sur l'algorithme de propagation-collision et une formulation isotherme des équations de Navier-Stokes en volumes finis, est proposé. Une telle tentative présente l'avantage de réduire le nombre d'équations du solveur volumes finis tout en augmentant la stabilité numérique de celui-ci, en raison d'une condition CFL plus favorable. Les deux solveurs sont couplés dans l'espace des moments, où la solution macroscopique du solveur Navier-Stokes est injectée dans l'algorithme de propagation-collision à l'aide de la collision des moments centrés. La faisabilité d'un tel couplage est démontrée sur des cas tests 2D, et les résultas obtenus sont comparés avec la HLBM
Despite the inherent efficiency and low dissipative behaviour of the standard lattice Boltzmann method (LBM) relying on a two step stream and collide algorithm, a major drawback of this approach is the restriction to uniform Cartesian grids. The adaptation of the discretization step to varying fluid dynamic scales is usually achieved by multi-scale lattice Boltzmann schemes, in which the computational domain is decomposed into multiple uniform subdomains with different spatial resolutions. For the sake of connectivity, the resolution factor of adjacent subdomains has to be a multiple of two, introducing an abrupt change of the space-time discretization step at the interface that is prone to trigger instabilites and generate spurious noise sources that contaminate the expected physical pressure signal. In the present PhD thesis, we first elucidate the subject of mesh refinement in the standard lattice Boltzmann method and point out challenges and potential sources of error. Subsequently, we propose a novel hybrid lattice Boltzmann method (HLBM) that combines the stream and collide algorithm with an Eulerian flux-balance algorithm that is obtained from a finite-volume discretization of the discrete velocity Boltzmann equations. The interest of a hybrid lattice Boltzmann method is the pairing of efficiency and low numerical dissipation with an increase in geometrical flexibility. The HLBM allows for non-uniform grids. In the scope of 2D periodic test cases, it is shown that such an approach constitutes a valuable alternative to multi-scale lattice Boltzmann schemes by allowing local mesh refinement of type H. The HLBM properly resolves aerodynamics and aeroacoustics in the interface regions. A further part of the presented work examines the coupling of the stream and collide algorithm with a finite-volume formulation of the isothermal Navier-Stokes equations. Such an attempt bears the advantages that the number of equations of the finite-volume solver is reduced. In addition, the stability is increased due to a more favorable CFL condition. A major difference to the pairing of two kinetic schemes is the coupling in moment space. Here, a novel technique is presented to inject the macroscopic solution of the Navier-Stokes solver into the stream and collide algorithm using a central moment collision. First results on 2D tests cases show that such an algorithm is stable and feasible. Numerical results are compared with those of the previous HLBM

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Younsi, Amina. "Simulations des effets des écoulements sur la croissance cristalline d'un mélange binaire. Approche par méthode de Boltzmann sur réseau." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2015. https://theses.hal.science/tel-01221833/document.

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Bertolaccini, Jonathan. "Modélisation et simulation des écoulements de contre-courant de l'hélium superfluide par la méthode Boltzmann sur réseau." Thesis, Lyon, École normale supérieure, 2015. http://www.theses.fr/2015ENSL1063/document.

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Les propriétés thermiques exceptionnelles de l’hélium superfluide, ou He-II, sont mises à profit pour la réfrigération cryogénique d'installations de forte puissance, bien que les mécanismes physiques sous-jacents restent mal compris. L’He-II peut être décrit à l’échelle macroscopique comme la superposition de deux fluides en interaction : un fluide normal se comportant comme un liquide ordinaire, et un superfluide sans viscosité. En présence d’une source de chaleur, un contre-courant s’établit naturellement entre ces deux composantes. L’évacuation de la chaleur par ce contre-courant est limitée par l’apparition d’instabilités dans des conditions mal comprises ; la grande dispersion des données expérimentales ne permettant pas de discriminer les différents modèles théoriques. Cette thèse examine à l’aide de simulations numériques le rôle des conditions aux bords et du couplage mutuel entre les deux composantes de l’He-II dans le déclenchement des instabilités de contre-courant.Une approche originale de type Boltzmann sur réseau a été développée pour modéliser à l’échelle mésoscopique l'interaction entre les deux composantes de l’He-II. Un code reproduisant les écoulements de contre-courant en conduite 2d et 3d a été développé et validé. Les résultats obtenus indiquent des effets d’entrée de conduite amplifiés pour la composante superfluide, qui engendrent des pertes de charge anormalement élevées. Le mécanisme responsable de ces effets d’entrée a été étudié et il est montré qu'il peut fausser la détection du seuil de transition dans des conduites trop courtes ; ceci peut expliquer en partie la dispersion des données expérimentales.Pour illustrer la puissance de l'approche dans une géométrie complexe, le sillage d'un obstacle dans un écoulement de contre-courant a été simulé. La présence de zones de recirculation des deux côtés de l’obstacle, déjà observée expérimentalement, est retrouvée et expliquée par un mécanisme original de parois virtuelles
The exceptional thermal properties of superfluid helium, or He-II, are exploited to the cryogenic refrigeration of high power installations, although the underlying physical mechanisms remain poorly understood. The He-II can be described macroscopically as the superposition of two fluids in interaction: a normal fluid behaves as an ordinary liquid, and a superfluid without viscosity. In the presence of a heat source, a counterflow established between these two components. The heat dissipation by this counterflow is limited by the occurrence of instabilities in misunderstood condition; the wide dispersion of experimental data does not allow to discriminate between the different theoretical models. This thesis examines using numerical simulations the role of boundary conditions and the mutual coupling between the two components of the He-II in triggering instabilities in counterflow.An innovative lattice Boltzmann type approach was developed to model the mesoscopic scale interaction between the two components of the He-II. A code reproducing counterflow in 2D and 3D conducts has been developed and validated. The results obtained indicate amplified entrance effects for superfluid component, which generate abnormally high pressure drops. The head of these entrance effects mechanism has been studied and it is shown that it can distort the detection of the transition threshold in too short pipes; This may partly explain the dispersion of experimental data.To illustrate the power of the approach in a complex geometry, the wake of an obstacle in a counterflow was simulated. The presence of recirculation areas on both sides of the obstacle, already observed experimentally, is found and explained by a new mechanism using "virtual walls"

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Corre, Samuel. "Méthodes de Boltzmann sur réseau pour la simulation numérique de certains systèmes d'advection-réactiondiffusion provenant de la physique et de la biologie, et analyse mathématique et numérique de problèmes issus du domaine biomédical cardio-vasculaire." Thesis, Rennes, INSA, 2018. http://www.theses.fr/2018ISAR0022/document.

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L'objectif de cette thèse est de développer et d'analyser des techniques numériques basées sur la méthode e Boltzmann sur réseau (LBM) pour résoudre des systèmes non linéaires de type advection-réaction-diffusion provenant de la physique et de la biologie. Avec la LBM, des problèmes portant sur des quantités moyennées densité, potentiel, vitesse, etc) sont exprimés à l'échelle particulaire. Nous approchons la solution de l'équation e Boltzmann relative au comportement d'un champs de particules puis nous recomposons les quantités moyennées solutions des équations traitées. Dans un premier temps, nous développons un cadre général approprié permettant de traiter plusieurs types de systèmes non linéaires (paraboliques, elliptiques, ou couplées ' variables réelles ou complexes), avec des applications à des modèles tels que Burger-Fisher, écoulement de fluides en milieu poreux, Helmoltz, Patlar-Keller-Segel, ou encore Schrodinger. Pour chaque problème, nous analysons le comportement asymptotique de la méthode, quand le nombre de Knudsen tend vers zéro (par le développement de Chapman-Enskog) et nous effectuons l'analyse numérique de la convergence et de la stabilité de la méthode. Dans un deuxième temps, nous nous intéressons à un problème réaliste d'électrophysiologie cardio-vasculaire. Nous adaptons la méthode LBM développée pour approcher les solutions d'un système de type bidomaine permettant de simuler le comportement de potentiels électriques et les interactions ioniques ans la région du myocarde. L'étude et la modélisation d'un tel type de problème est un enjeu sanitaire majeur ans le traitement des pathologies liées par exemple à l'arythmie cardiaque. Notre but étant d'obtenir des comportements réalistes, nous introduisons au sein de ce système bidomaine des opérateurs de retard afin de tenir compte des temps de retard dans les transmissions de signaux. Une fois l'existence et l'unicité de la solution démontrées, nous proposons une série de simulations avec des paramètres physiques et biologiques réalistes afin de valider la méthode proposée
In this thesis, we develop and analyze numerical techniques based on the lattice Boltzmann method LBM) for solving systems of nonlinear advection-diffusion-reaction equations from physics and biology. Wi BM, problems relating to averaged quantities (density, potential, velocities, etc.) are expressed at the particle scale. We approach the solution of Boltzmann equation relating to the behavior of a particle field and then we recompose the averaged quantities solutions of treated systems. In the first part, we develop an appropriate general framework to deal with several types of non-linear systems (parabolic, elliptic, or coupled, with real or complex variables), with applications to models such as Burger-Fisher, fluid flow in a porous medium, Helmoltz, Patlar-Keller-Segel, or Schrodinger. For each problem, we analyze the asymptotic behavior of the method, when the number of Knudsen tends to zero (by the development of Chapman-Enskog) and we perform the numerical analysis of convergence and stability of the method. In the second part, we have taken an interest in a realistic problem of cardio-vascular electrophysiology. We adapt the developed LBM method to approach e solutions of a bidomain type system for simulating the behavior of electrical potentials and ionic interactions in myocardial region. The study and modeling of this type of problem is a major health issue in the treatment of pathologies related, for example, to cardiac arrhythmia. Since our goal is to obtain realistic behaviors, we introduce time-delay operators into this coupled system in order to take into account delay in signal transmissions. Once the existence and uniqueness of solution have been demonstrated, we propose a series of simulations with realistic physical and biological parameters to validate the proposed method

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Rehhali, Khaoula. "Simulations de la convection naturelle couplée au rayonnement surfacique par la méthode de Boltzmann sur réseau : cas des chauffages variable et discret." Electronic Thesis or Diss., Amiens, 2019. http://www.theses.fr/2019AMIE0001.

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Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'une étude numérique visant à étudier les phénomènes de couplage de la convection naturelle et du rayonnement surfacique dans des cavités carrées dont les parois sont soumises à des chauffages discrets ou non-uniformes. En effet, la première étude réalisée s'intéresse à un problème de couplage convection-rayonnement dans une cavité carrée inclinée et remplie d'air, ayant d'un côté une paroi chauffée à une température constante et du côté opposé, une paroi chauffée linéairement. Les parois restantes sont considérées adiabatiques. Dans la seconde étude, la cavité a des parois verticales partiellement chauffées (symétriquement et asymétriquement), une paroi supérieure refroidie et une paroi inférieure adiabatique. L'objectif de ces études numériques réside dans l'analyse de l'effet du rayonnement surfacique et des différents paramètres gouvernants (mode de chauffage, nombre de Rayleigh, angle d'inclinaison, différence de température) sur la structure d'écoulement et le transfert de chaleur. Le second objectif de cette thèse consiste à tester la performance du schéma à temps de relaxation multiple (MRT) de la méthode Lattice Boltzmann (LBM) en présence du couplage convection-rayonnement. Les résultats de ce travail ont révélé que les paramètres de contrôle considérés ont un effet important sur la structure de l'écoulement et le transfert de chaleur à travers la cavité
In this thesis, a numerical study is carried out on the coupling phenomena between natural convection and surface radiation in square cavities whose walls are subjected to discrete or non-uniform temperatures. Indeed, the first study carried out is concerned with a problem of convection-radiation coupling in a square cavity inclined and filled with air, having on one side a wall heated at a constant temperature and on the opposite side, a wall heated linearly. The remaining walls are considered adiabatic. In the second study, the cavity has partially heated vertical walls (symmetrically and asymmetrically), a cooled upper wall and an adiabatic bottom wall. The objective of these numerical studies is to analyze the effect of surface radiation and the different governing parameters (heating mode, Rayleigh number, angle of inclination, temperature difference) on the flow structure and the heat transfer. The second objective of this thesis is to test the performance of the multiple relaxation time (MRT) scheme of the Lattice-Boltzmann method (LBM) in the presence of convection radiation coupling. The results of this study revealed that the considered governing parameters have a significant effect on the flow structure and heat transfer through the cavity

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Noel, Romain. "La méthode de Boltzmann sur réseau pour la simulation numérique des milieux continus en vue de diagnostiques à partir d’images." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSEM015.

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Pour déterminer l’évolution temporelle de corps existants, il est nécessaire de partird’une configuration donnée et d’effectuer des calculs prédictifs. Obtenir des informations del’intérieur de la matière sans la détruire, n’est pas une tâche facile. Lorsque la dégradationn’est pas possible, un moyen courant d’acquérir la configuration de départ est l’utilisationde systèmes d’imageries. Et en raison de la complexité du comportement de la matière, ilest également courant de recourir à des méthodes numériques pour simuler les processustemporels. Une méthode numérique relativement récente appelée méthode de Boltzmannsur réseau (LBM) permet d’aborder le processus d’évolution à une échelle mésoscopique.La combinaison de ces deux domaines est étudiée de manière originale dans cette thèse,autour de l’utilisation de la LBM pour les simulations numériques des milieux continus envue de diagnostics à partir d’images.Tout d’abord, une extension de la LBM à la morphologie mathématique est proposée.Elle concourt au développement d’un nouveau concept: le couplage du traitement d’images,des simulations mécaniques et biologiques sur un seul réseau. Ensuite, la simulation dessolides avec la LBM est abordée, via deux approches différentes. La première fournit uneméthode à multiples temps de relaxation analytique pour générer un tenseur de contrainteet un flux de chaleur arbitraires. La seconde introduit la divergence du tenseur de contraintedans l’équation de Vlasov. Les deux approches sont confrontées numériquement à desrésultats théoriques en 1D et 2D et offrent des perspectives prometteuses
To determine the evolution in time of existing bodies, it is necessary to start froma given configuration and perform predictive computations. To obtain information fromwithin the matter without destroying it, is not an easy task. When degradation is notpossible, a common way to acquire the initial configuration is the use of imaging systems.And due to the complexity of the behaviour of matter, it is also common to resort tonumerical methods in order to simulate these temporal processes. A relatively recentnumerical method called Lattice Boltzmann Method (LBM) tackles the evolution processat a mesoscopic scale. The combination of these two fields is originally investigated in thisthesis, around the use of the LBM for numerical simulations of continuum medium aimingimage-based diagnostics.Foremost, an extension of the LBM to the morphological mathematics is suggested.It contributes to the development of a new concept: the coupling of image processing,mechanical and biological simulations on a single network. Then, the simulation of solidswith LBM is addressed, using two different approaches. The first one provides an analyticalMultiple Relaxation Times methods to generate arbitrary stress tensor and heat flux. Thesecond introduces the divergence of the stress tensor into the Vlasov equation. Bothapproaches are numerically confronted with theoretical results in 1D and 2D and offerpromising perspectives

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Gendre, Félix. "Développement de méthodes de Boltzmann sur réseau en maillages non-uniformes pour l'aéroacoustique automobile." Thesis, Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0196/document.

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L’objectif de ce travail est d’étudier les capacités de la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM) dans un cadre numériquement contraignant : celui de la simulation aéroacoustique en maillage non-uniforme, à très haut nombre de Reynolds et à nombre de Mach non négligeable (Ma > 0.1), appliquée à l’automobile. La problématique industrielle est celle du calcul du bruit intérieur d’origine aérodynamique, dont le calcul du champ de pression pariétal instationnaire sur le vitrage conducteur est la première étape décisive. Il a été constaté qu’un manque de précision sur la faible part acoustique du champ de pression total sur le vitrage, provenant très probablement d’erreurs au niveau des transitions de résolution du maillage, était la cause d’une surestimation du bruit intérieur. Nous présentons d’abord une construction cohérente et unifiée de la méthode de Boltzmann sur réseau à partir de l’équation de Boltzmann, dans un cadre athermal faiblement compressible. Nous étudions ensuite en détail les propriétés aéroacoustiques de la LBM, en parcourant toutes les grandes familles d’opérateurs de collision de la littérature. Une variante de modèle à temps de relaxation multiples, utilisable pour l’aéroacoustique, est présentée et testée. Un modèle alternatif simplifié de filtrage sélectif, rapide et compact, est développé et validé. La problématique des maillages non-uniformes est abordée. Un recensement exhaustif des études LBM menées dans ce cadre dans la littérature montre qu’aucune ne correspond à nos contraintes. Des algorithmes alternatifs aux transitions sont développés. Enfin, des applications industrielles sont réalisées à l’aide des modèles développés dans le mémoire
The main goal of this work is to study the capacities of the Lattice Boltzmann Method in a constrained numerical framework : that of numerical simulation in automotive aeroacoustics with non-uniform meshes, at high Reynolds number and non egligible Mach number (Ma > 0.1). The industrial problem is the computation of the interior aerodynamic noise, which includes as its first decisive step the computation of the unsteady wall pressure field on the car windows. It was observed that a lack of precision on the weak acoustic part of the total pressure field on the driver-side window, which is most probably due to errors at mesh refinement interfaces, caused an overestimation of the interior noise. We first present a coherent and unified construction of the Lattice BoltzmannMethod from the Boltzmann equation, in an athermal weakly compressible framework. Then, we study in details the aeroacoustic properties of the LBM by reviewingall the main families of collisional operators that exist in the literature. A variant of multiple relaxation time operator that can be used for aeroacoustics is presented and tested. A simplified alternative selective filter, fast and compact, is developped and numerically validated. The problem of non-uniform meshes is discussed. An exhaustive review of the LBM studies that have been carried out within that framework shows that none of them corresponds to our constraints. Alternative transition nodes algorithms are developed. Finally, all the developed models of this work are applied to industrial cases

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Ricot, Denis. "Simulation numérique d'un écoulement affleurant une cavité par la méthode Boltzmann sur réseau et application au toit ouvrant de véhicules automobiles." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2002. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/TH_T1909_dricot.pdf.

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Cette étude a pour objectif industriel la prédiction du phénomène de battement de toit ouvrant. Tout d'abord un modèle analytique issu de la littérature est modifié et validé. Sur le plan numérique, la possibilité de réaliser des simulations aéroacoustiques avec la méthode Boltzmann sur Réseau (LBM) est étudiée. Un code bidimensionnel est développé. Un schéma de filtrage est introduit et une condition aux limites acoustique hybride non réfléchissante est proposée. La faible dissipation numérique de la LBM permet de calculer simultanément les fluctuations aérodynamiques et acoustiques. La dispersion numérique est également étudiée. Une simulation directe du bruit rayonné par un écoulement affleurant une cavité rectangulaire est présentée. Le code commercial LBM PowerFLOW est utilisé pour les calculs industriels. La dissipation introduite par le modèle de turbulence est analysée. L'auto-oscillation de l'écoulement affleurant une cavité de Helmholtz (Nelson, 1981) est simulée en 2D et 3D
The industrial objective of this study is the prediction of sunroof buffeting. Firstly, an analytical model found in literature is modified and validated. For the numerical approach, the possibility to use the Lattice Boltzmann Method (LBM) for aeroacoustics simulations is studied. A two-dimensional solver is developed. A selective filter is added and a hybrid non-reflecting boundary condition is proposed. The LBM is a low-dissipative scheme : it is therefore possible to calculate simultaneously the aerodynamic and acoustic fluctuations of the flow. The numerical dispersion of the acoustic waves is also investigated. A direct simulation of the noise radiated by the flow over a rectangular cavity is presented. The LBM commercial code PowerFLOW is used for industrial simulations. The dissipation associated with the turbulence model is studied. The self-sustained oscillation of the flow past the Helmholtz cavity (Nelson, 1981) is computed in 2D and 3D

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Pazdniakou, Aliaksei. "Lattice models in porous media studies." Paris 6, 2012. http://www.theses.fr/2012PA066116.

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La thèse est consacrée à l'étude des ondes acoustiques et des écoulements à plusieurs phases en milieux poreux. Pour la simulation des écoulements, la méthode de Boltzmann sur réseau a été choisie. On utilise cette méthode pour simuler des écoulements à plusieurs phases ainsi que des ondes acoustiques dans un fluide. Cette méthode représente une approche alternative à la description du mouvement de fluide basée sur la théorie cinétique des gaz. Pour simuler les ondes acoustiques en solide élastique, le modèle LSM (Lattice spring model) a été choisi. Dans le cadre du LSM, le milieu solide est remplacé par un réseau cubique. Les noeuds de réseau sont liés par des ressorts de deux types. Les équations dynamiques obtenues correspondent à celles de la théorie élastique. La méthode a été appliquée pour calculer les célérités des ondes de compression et de cisaillement dans des milieux poreux reconstruits pour différentes fréquences et différentes valeurs de porosité. Les deux modèles (LBM et LSM) ont été couplés par les conditions aux limites pour l'étude des ondes acoustiques en milieu poreux saturé de liquide. Il existe deux approches principales pour simuler des ondes acoustiques en milieu poreux saturé de liquide en utilisant notre modèle (LBM+LSM). La première est basée sur la théorie d’homogénéisation et la deuxième sur la modélisation des ondes acoustiques en temps réel. Les deux méthodes ont été appliquées pour calculer les célérités des ondes acoustiques dans des milieux poreux reconstruits saturés. Les résultats ont été analysés. Les codes ont été systématiquement parallélisés sous OpenMP de manière à réduire significativement les temps de restitution
The thesis adresses the study of acoustic waves and multiphase flows in porous media. For the simulation of fluid flows, the lattice Boltzmann method is selected. The method is used for simulation of multiphase flows as well as for acoustic waves in a fluid. The method represents an alternative approach to the description of the fluid dynamics based on the kinetic theory of gases. In order to simulate acoustic waves in an elastic solid, the LSM (Lattice Spring model) is selected. In the framework of the LSM, the medium is replaced by a cubic lattice. The nodes of the lattice are connected by springs of two types. The obtained dynamic equations correspond to those of the theory of elasticity. The method is applied to calculate the compressional and shear wave velocities in reconstructed porous media for various frequencies and porosity values. The two models (LBM and LSM) are coupled by the boundary conditions in order to study acoustic waves in saturated porous media. Two principal approaches exist to simulate acoustic waves in saturated porous media using our coupled (LBM+LSM) model. The first is based on the homogenization theory and the second on the real time simulation of acoustic waves. The two methods are applied for calculation of the acoustic waves velocities in saturated reconstructed porous media. The results are systematically analysed. The codes are parallelized by using OpenMP in order to reduce significantly the program run time

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Masson, David Lucien Robert. "Formation de dépôts limitée par l'hydrodynamique : étude expérimentale et numérique dans le cas d'un collecteur cylindrique." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2006. http://www.theses.fr/2006ECAP1016.

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Nous avons étudié le dépôt de particules non Browniennes sur un collecteur cylindrique en fonction du nombre de Reynolds. Les expériences ont été effectuées dans une cellule transparente permettant à la fois de visualiser la formation du dépôt et de mesurer la vitesse du fluide. Le collecteur est un cylindre de 10 mm de diamètre. La suspension a été préparée à partir d'une solution diluée de KCl et de particules de Rilsan®, granules ayant un diamètre moyen de 0,06 mm, de masse volumique très proche de celle de l'eau. La vitesse du liquide porteur a été mesurée en utilisant la vélocimétrie par images de particules (PIV). Les particules traceuses utilisées pour la PIV sont les particules de Rilsan elles-mêmes. Le tenseur des contraintes visqueuses et la contrainte de cisaillement exercés par le fluide à la surface du collecteur ou du dépôt ont été obtenus en dérivant les données de PIV. La formation du dépôt a été suivie pour des valeurs du nombre de Reynolds, variant de 15 à 90. Pour la plus petite valeur du nombre de Reynolds, la croissance du dépôt est principalement limitée par des avalanches, alors que la croissance du dépôt est limitée par l'érosion pour les plus grandes valeurs du nombre de Reynolds. Dans ce dernier cas après un régime transitoire, le dépôt atteint une forme stationnaire dont les caractéristiques dépendent de la valeur du nombre de Reynolds. Ainsi, la taille et la rugosité du dépôt diminuent à mesure que le nombre de Reynolds de l'écoulement augmente. La contrainte de cisaillement exercée par le fluide sur la surface du dépôt n'est pas uniquement fonction des forces de cohésion comme on pouvait s'y attendre mais dépend également du nombre de Reynolds. En effet, un examen attentif des réentraînements se produisant à la surface indique que les particules sont réentraînées principalement sous forme d'agrégats (plutôt qu'individuellement) et que la taille des agrégats réentraînés diminue à mesure que le nombre de Reynolds augmente
We have studied the deposition of non-Brownian particles around a cylindrical collector when the particles are mainly submitted to hydrodynamic and weak cohesive effects. The experiments have been performed in a transparent cell allowing the visualization of the deposit formation and the fluid velocity measurement. The collector is a cylinder with a diameter of 10 mm. The suspension was prepared from a dilute solution of KCl and nonbuoyant Rilsan® particles, which consists of granules with a mean diameter of 0,06 mm. The fluid velocity has been measured using particle image velocimetry (PIV). The PIV tracer particles are the suspended Rilsan particles themselves. The viscous stress tensor and the wall shear stress exerted by the fluid on the deposit surface have been derived from the PIV data. The deposition has been followed for values of the Reynolds number, varying from 15 to 90. For the smaller value of the Reynolds number, the growth of the deposit is mainly limited by avalanches, while the growth of the deposit is limited by erosion for larger value of the Reynolds number. In the latter case, the deposit reaches a round hill like steady shape after a transient regime. Its characteristics depend on the value of the Reynolds number. In particular, its height and its roughness decreases as the Reynolds number of the flow increases. The wall shear stress exerted by the fluid on the deposit surface is not a function of the cohesion forces alone as expected but depends also on the Reynolds number

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Anda, Ondo Diemer. "Modélisation et analyse des systèmes à paramètres distribués non linéaires par la méthode de Boltzmann sur réseau : application aux écoulements à surface libre." Phd thesis, Université de Grenoble, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00860782.

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Nous étudions dans cette thèse, composée de deux parties, la modélisation des écoulements en eaux peu profondes par la méthode de Boltzmann sur réseau et l'analyse des propriétés de commandabilité et d'observabilité des modèles obtenus. Dans la première partie, nous nous consacrons d'abord à la modélisation par la méthode de Boltzmann sur réseau des équations de Saint-Venant. En utilisant une linéarisation autour d'un profil d'équilibre, une représentation sous forme d'état des modèles de Boltzmann sur réseau est définie. Cette représentation incorpore les termes de force, et permet une définition complète des entrées (commandes) et des sorties (mesures). Nous représentons ensuite les phénomènes de sédimentation dans les écoulements en eaux peu profondes avec la méthode de Boltzmann sur réseau. Ce modèle défini en une dimension est validé numériquement en le comparant avec un modèle de volumes finis qui résout les équations de Saint-Venant-Exner. Le modèle LB défini est moins gourmand en temps de calcul et plus facile à manipuler que les modèles traditionnels. Dans la deuxième partie, nous traitons de l'analyse des propriétés de commandabilit é et d'observabilité des modèles LB obtenus. La première analyse est faite sur les critères algébriques de Kalmann et permet d'établir la non conservation des propriétés de commandabilité et d'observabilité lorsque l'ordre de réduction du système est augmenté. Une analyse plus approfondie basée sur la détermination les grammiens de commandabilit é et d'observabilité montre également que le constat reste valide pour les méthodes de discrétisation classique. La résolution des grammiens est faite avec des méthodes particulièrement adaptées aux structures creuses et de grande dimension que sont les matrices de la dynamique, de commande et/ou d'observation des modèles LB. Enfin, nous établissons que pour une commande aux frontières classique des canaux d'irrigation en débit et hauteur, la famille de systèmes des modèles LB d'ordre réduit n'est pas uniformément commandable alors qu'avec l'utilisation des variables de scattering comme variables de commande, cette famille devient uniformément commandable.

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Kostenko, Romaric. "Simulation d'écoulements non-newtoniens en milieu poreux macroscopique par la méthode de lattice-Boltzmann." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS561.

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Un fluide non-newtonien est un fluide dont la relation entre son taux de déformation et la contrainte qui lui est imposé n'est pas linéaire. Dans un milieu poreux, la contrainte imposée au fluide dépend de la pression imposée mais aussi de la taille des pores, et donc de la perméabilité à l'échelle macroscopique. Certains fluides peuvent avoir une rhéologie qui présente un changement à partir d'un seuil en contrainte. Si la taille des pores est aléatoire, le fluide va alors changer de régime de façon hétérogène dans le milieu. L'écoulement pourra alors présenter un premier régime où tout le fluide est en dessous du seuil, un régime où tout le fluide est au-dessus du seuil, et un régime intermédiaire pour lequel les deux types de rhéologie coexistent. Nous nous intéressons à ce régime intermédiaire pour des écoulements de fluide non-newtonien en milieu poreux macroscopique, étudiés par des simulations. Plus particulièrement, nous regardons l'écoulement d'un fluide de Bingham et celui d'un fluide de Carreau. Le fluide de Bingham ne s'écoule qu'à partir d'une contrainte seuil. En dessous du seuil, il se comporte comme un solide. Au-delà, sa relation taux de déformation/contrainte suis une loi affine. Les fluides de Carreau ont une relation taux de déformation/contrainte qui change de régime entre une loi linéaire et une loi de puissance. L'étude à l'échelle macroscopique se fait en simulant une loi de Darcy-Brinkman dans un champ de perméabilité hétérogène. Nous utilisons pour nos simulations la méthode de Boltzmann sur réseau, avec une grille de nœuds régulière, plus particulièrement le schéma à deux temps de relaxation d'Irina Ginzburg. Pour chaque fluide, nous regardons la relation débit-pression, ainsi que les propriétés géométriques des différents régimes d'écoulement. Nous caractérisons plus particulièrement les propriétés multi-échelles des régions dans un le même régime d'écoulement (clusters), telles que leur taille ou leur forme. Nous faisons aussi le lien entre ces propriétés géométriques et la théorie de la percolation, qui étudie le comportement de cartes de nœuds s'ouvrant aléatoirement et qui prédit des propriétés fractales
A non-newtonian fluid is a fluid which relation between it's shear rate and the stress under which it is put, is not linear. In a porous medium, the stress imposed to the fluid depends on the imposed pressure, but also on the pores size, and therefore on the macroscopic scale permeability. Some fluids have a rheology such that the fluid show a change of behaviour reaching a yield stress. If the pore size is random, then the fluid will present heterogeneous regime changes in the medium. The flow will then show a first regime where the whole fluid will be under the threshold, a regime where the whole fluid will be far above the threshold, and an intermediate regime for which both rheologies coexists. We are interested in intermediate regime for the flow of non-newtonian fluids in macroscopic porous media, and study it with numerical simulations. More particularly, we look at the flow of a Bingham fluid and that of a Carreau fluid. The Bingham fluid doesn't flow under a yield stress. Under the threshold, it behaves as a solid. Beyond, it's shear-rate/stress relation is an affine law. Carreau fluids have a shear-rate/stress relation that change regime between that of a newtonian fluid, and a power law. The macroscopic scale study is done simulating a Darcy-Brinkman law in a heterogeneous permeability field. We use for our simulations the lattice-Boltzmann method, on a regular node grid, and more specifically Irina Ginzburg two relaxation-time scheme. For each fluid, we study the flow-pressure relationship, as well as the geometric properties and the multi-scale properties in the fluid regions in the same flow regime (clusters), properties such as their size and shape. We also link these geometrical properties to the percolation theory, which studies the behaviour of randomly opening node maps and predicts fractal properties

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Vogel, Laure. "Influence de l'hétérogénéité physique des microenvironnements du sol sur les transformations microbiennes du carbone : exploration à l'aide d'un modèle de Boltzmann sur réseau." Thesis, Paris, AgroParisTech, 2015. http://www.theses.fr/2015AGPT0061.

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L’activité des microorganismes hétérotrophes contrôle la vitesse de décomposition de la matière organique du sol (MOS) et pourrait donc être déterminante dans la régulation du climat. La forte hétérogénéité spatiale des conditions abiotiques dans le sol est supposée influencer cette activité, en régulant notamment l’accessibilité des nutriments aux décomposeurs via des processus de transport (diffusion, convection) et de rétention (adsorption). L’échelle des microhabitats – soit celle des pores – apparaît donc pertinente pour étudier les processus de biodégradation dans le sol. Elle reste cependant inhabituelle à cause de difficultés expérimentales qui lui sont associées.Un modèle spatialisé a été construit pour explorer les effets de conditions abiotiques hétérogènes dans les microenvironnements du sol sur la cinétique de biodégradation de substrats carbonés par des microorganismes – représentées ici par des bactéries immobiles. Il résulte du couplage entre un modèle de Boltzmann sur réseau (TRT-LBM [Ginzburg, 2005]) et un modèle biogéochimique de carbone. Il calcule des processus de transport – diffusion – et de biodégradation à l’échelle des pores, dans des milieux hétérogènes dont certaines propriétés structurales sont explicitement décrites, telles que l’architecture de la porosité (implémentée sous la forme d’images discrètes), la distribution de l’eau à saturation partielle et l’arrangement spatial des substrats et des décomposeurs – représentés ici par des bactéries immobiles. L’influence de ces différents facteurs a été évaluée en analysant la variabilité de la cinétique de biodégradation pour une gamme de scénarios décrivant des conditions abiotiques contrastées. Cette source de variabilité a pu être comparée aux incertitudes relevant de la description du métabolisme microbien. Enfin, des expérimentations manipulant la structure de milieux hétérogènes ont été réalisées pour confronter tendances simulées et observées
Heterotrophic microorganisms control soil organic matter (SOM) decomposition and may thus have a key importance in climate regulation. Heterogeneous abiotic conditions in soil microenvironments are thought to affect soil decomposers activity by controlling nutrient accessibility through solute transport (diffusion, advection) and sorption processes. Microhabitat – or pore – scale thus appears relevant to study biodegradation processes, but is also challenging to investigate by experimental means.A discrete model was created to explore the effect of abiotic conditions in soil microenvironments on biodegradation kinetics. It results from the coupling of a zero-dimensional soil carbon model and a lattice Boltzmann model (TRT-LBM [Ginzburg, 2005]). It simulates diffusion and biodegradation at the pore scale, as affected by explicitly described structural factors, such as the 3D pore architecture (approximated by discrete images), water distribution under unsaturated conditions and the spatial arrangement of substrates and decomposers – viewed here as immobile bacteria. The model was tested in a range of scenarios depicting contrasted abiotic conditions. The variability in biodegradation kinetics was analyzed to infer the contributions of physical factors. This source of variability was compared to uncertainties associated to biological metabolism description. Finally, experiments manipulating structural factors were performed to confront observed and simulated trends

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Feng, Yongliang. "Multiscale Simulation Using Thermal Lattice Boltzmann Method with Turbulence Effects." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066254.

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La simulation numérique de l’écoulement des fluides et du transfert dechaleur dans les phénomènes multi-échelles est encore très difficile avecles méthodes numériques conventionnelles, e.g. la méthode de Volumes Finis(FVM) etc. Récemment développée pour simuler les écoulements desfluides, le transfert de chaleur et des phénomènes physiques complexes, laméthode de Lattice Boltzmann (LBM) est basée sur la théorie cinétiquedu fluide, qui possède de nombreuse caractéristiques distinctives. Afind’élargir le champ d’application de LBM, cette thèse doctorale a mené destravaux de recherches systématiques sur la combinaison entre LBM et lesméthodes macroscopiques et sur les modèles thermiques et la simulation dela turbulence en utilisant LBM. Les principales contributions de cette thèsesont: 1. Un couplage multi-échelles LBM-FVM est construit pour les écoulementsdu fluide instationnaire et un opérateur de reconstruction g´en´erale entreLBM et FVM est proposé pour le transfert de l’information; 2. Un modèle thermique 3D de LBM est développé pour les écoulements compressibles thermiques à faible nombre de Mach, et un modèle de LBM entièrement compressible avec factorisation symétrique est proposé pour simuler les écoulements fortement compressibles; 3. Un schéma asymptotique de volumes finis LBM et un schéma de LBM basé sur propagation fractionnaire et collision à demi-étape sont proposés pour simuler les écoulements subsoniques à grande vitesse et transsoniques; 4. La simulation des grandes échelles (LES) turbulentes est effectuée et étudiée dans le cadre de LBM thermique. Un modèle de paroi utilisant LBM thermique est développé pour un écoulement à nombre de Reynolds élevé
The simulation of fluid flows and heat transfer of multiscale phenomena orprocesses is one of the most challenging domains from the theoretical aswell as the numerical modeling point of view. It is difficult to model andsimulate multiscale problems using conventional computational fluid dynamicsmethods. As an approach based on the mesoscopic kinetic equationfor fluids and has many distinctive features, the lattice Boltzmann method(LBM) is a recently developed method for simulating fluid flows, heat transferand complicated physical phenomena. However, the applications of latticeBoltzmann method in actual multiscale problem are still in explorationstage. In order to enlarge the application scope of lattice Boltzmann methodfor multiscale simulation, the present work has conducted systematic researchon combination of LBM and macroscopic methods, thermal lattice Boltzmann models and turbulence simulation using LBM. The major contributions of this dissertation are summarized as follows: 1. A multiscale coupling LBM-FVM is constructed for unsteady fluid flows and a general reconstruction operator between LBM and FVMis proposed for information transfer. 2. A three-dimensional thermal lattice Boltzmann model is developed for thermal compressible flows with variable density in low Machnumber limit. Further more, a fully compressible lattice Boltzmann model with factorization symmetry is proposed for simulating high compressible flow. 3. An asymptotic preserving finite volume scheme LBM and a fractional propagation half step collision LBM are proposed for simulating high subsonic and transonic flows. 4. Large eddy simulation for turbulence is studied in framework of thermallattice Boltzmann method. Wall modeled LES using thermalLBM is developed for high Reynolds number flow

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Miranda, Fuentes Johann. "Développement d'un modèle de Boltzmann sur gaz réseau pour l'étude du changement de phase en présence de convection naturelle et de rayonnement." Phd thesis, INSA de Lyon, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00961213.

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La réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) passe par la réduction des consommations d'énergie. Le stockage de la chaleur dans les parois des bâtiments permet de réduire la consommation d'énergie. Parmi les techniques de stockage, le stockage latent a la capacité de stocker une quantité d'énergie par unité de volume plus importante qu'un système sensible. Le projet INERTRANS a proposé le développement d'une façade associant une isolation translucide et le stockage latent avec un matériau à changement de phase (MCP). La fusion du MCP s'accompagne de la convection naturelle et l'absorption ou transmission du rayonnement. Le couplage de l'ensemble de ces phénomènes n'a pas été étudié dans la littérature. Dans cette thèse un modèle numérique 2D pour l'étude du changement de phase a été développé. Ce modèle utilise la méthode de Boltzmann sur réseau (LB) à temps de relaxation multiple (MRT), pour la résolution du champ de vitesse et la méthode des différences finies, pour la résolution du champ de températures. Le changement de phase a été traité par la formulation enthalpique. L'originalité est l'application de ce modèle au problème de changement de phase avec convection naturelle, d'une part, et au changement de phase avec convection naturelle et rayonnement, d'autre part. Pour vérifier notre modèle sans rayonnement, un cas de référence de la littérature a été simulé. Il s'agit de la fusion des deux MCP, l'étain et l'octadécane, à faible et fort nombre de Prandtl, respectivement. La simulation de l'étain a confirmé un écoulement multicellulaire. La simulation de l'octadécane a montré une forte influence de la convection avec un front de fusion qui se déforme sur toute la cavité. Le nombre de Nusselt pour l'octadécane avec convection est plus de trois fois le Nusselt sans convection. La simulation de l'acide gras de la brique INERTRANS a montré que la convection ne doit pas être négligée, car le flux prédit avec convection peut être jusqu'à trois fois plus grand que le flux prédit sans convection. La fraction fondue est près du double qu'en conduction seule. La méthode LB appliquée aux transferts radiatifs a été étudiée. Il se trouve, qu'à l'état actuel cette méthode n'est pas compétitive par rapport à une méthode classique des ordonnées discrètes (MOD). Enfin, nous avons couplé la MOD pour le calcul du flux radiatif avec la méthode LB pour le calcul du champ de vitesses et des différences finies pour l'équation de l'énergie. Le rayonnement grande longueur d'onde n'a pas d'influence notable sur les transferts thermiques. Le rayonnement courte longueur d'onde augmente les transferts thermiques, pourtant, cet effet n'est pas aussi important que l'augmentation due à la convection pour le matériau choisi. Puisqu'aucune solution de référence n'existe dans la bibliographie, nos résultats peuvent désormais servir d'éléments de comparaison pour de futurs travaux. Une validation expérimentale constituerait une perspective nécessaire.

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Tran, Duc Kien. "Modélisation numérique discrète de l'érosion interne par renard hydraulique dans les barrages ou digues en terre." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEC055/document.

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Le travail présenté dans ce mémoire de thèse porte sur la modélisation discrète de l’évolution régressive du front d’un conduit d’érosion qui peut se produire dans les barrages ou digues en remblai. Des outils numériques ont été développés en se basant sur le couplage entre la méthode des éléments discrets (DEM) et la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM) pour la description, respectivement, des phases solide et fluide. L’implémentation de la méthode DEM suit une approche standard de type dynamique moléculaire (DM) et les interactions intergranulaires sont modélisées par des contacts unilatéraux visco-élastiques frottants ou bilatéraux (ponts solides) viscoélastiques, afin de permettre la modélisation d’un sol légèrement cohésif. La méthode LBM est implémentée ici avec des temps de relaxation multiples (MRT) et une condition de rebondissement interpolée pour les frontières solides en mouvement, afin d’améliorer la stabilité numérique des calculs. Le schéma du couplage entre les deux méthodes, ainsi que les critères pour le choix des paramètres numériques des deux méthodes. Pour étudier le phénomène visé, un échantillon représentatif de sol granulaire situé au front d’un conduit d’érosion est d’abord assemblé par une procédure de préparation “à sec”, puis testé dans des conditions saturées sous un chargement hydraulique monotone croissant. L’érosion régressive se produit par amas de grains au niveau du front d’érosion ayant subi au préalable une dégradation due à de nombreuses ruptures de ponts solides en traction. L’autre phénomène important observé est la présence d’arcs associés a` des chaines de forces en compression qui parviennent à maintenir parfois totalement, parfois partiellement l’intégrité du matériau non érodé
The work reported in this thesis consists in a discrete modelling of the backward front propagation of an erosion pipe, as can take place in embankment dams or dikes. Some numerical tools have been developed to this end, based on the coupling between the Discrete Element Method (DEM) and the Lattice Boltzmann Method (LBM) for the representation of the solid and uid phases, respectively. The implementation of DEM follows a standard molecular dynamics approach and the interaction among grains are regulated by unilteral frictional visco-elastic and breakable visco-elastic bonds, in order to take into account a slightly cohesive soil behaviour. The LBM was implemented according to the Multiple Relaxation Time (MRT) scheme along with an interpolated non-slip conditions for moving boundaries, in order to improve the numerical stability of the calculations. The coupling scheme is described along with the criteria for the numerical parameters of the two methods. A representative specimen of a granular soil located at the front of an erosion pipe is first assembled by a \dry" preparation precedure and then tested under fully-saturated conditions and increasing hydraulic load over time. Backward erosion is takes place in the form of clusters of grain being eroded at the erosion front after a degradation of the material due to the breakage of tensile bonds. The other interesting feature that was observed is the creation of arches of compressive force chains. These arches enabled the specimen to maintain a stable or metastable configuration under the increasing hydraulic load

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Michelet, Jordan. "Extraction du fouillis de mer dans des images radar marin cohérent : modèles de champ de phases, méthodes de Boltzmann sur réseau, apprentissage." Electronic Thesis or Diss., La Rochelle, 2022. http://www.theses.fr/2022LAROS048.

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Nous nous intéressons au problème d’extraction du fouillis de mer dans des images radar marin. Le parti pris est de développer des méthodes de traitement d’image permettant de s’affranchir au mieux d’hypothèses sur la nature du fouillis de mer et du signal d’intérêt. D’une part, nous proposons un algorithme basé sur une approche variationnelle originale : un modèle multiphasique à interface diffuse. Les résultats obtenus montrent que l’algorithme est efficace lorsque le signal d’intérêt a un rapport signal-sur-fouillis suffisamment grand. D’autre part, nous nous intéressons à l’implémentation de schémas de Boltzmann sur réseau pour des problèmes de convection-diffusion à vitesse d’advection non constante et un terme source non nul. Nous décrivons le calcul de la consistance obtenue par analyse asymptotique à l’échelle acoustique et avec un opérateur de collision à temps de relaxation multiples, et étudions la stabilité de ces schémas dans un cas particulier. Les résultats obtenus montrent que les schémas proposés permettent de supprimer le bruit résiduel et de renforcer le signal d’intérêt sur l’image obtenue grâce à la première méthode. Enfin, nous proposons une méthode d’apprentissage permettant de s’affranchir d’hypothèses sur la nature du signal d’intérêt. En effet, en complément de l’algorithme par approche variationnelle, nous proposons un algorithme basé sur le traitement pulse-Doppler lorsque le signal d’intérêt est exo-clutter et a un rapport signal-sur-fouillis faible. Les résultats obtenus à partir du double auto-encodeur que nous proposons, étant comparables aux résultats fournis par chacune des deux méthodes, permettent de valider cette approche
We focus on the problem of sea clutter extraction in marine radar images. The aim is to develop image processing methods allowing us to avoid assumptions about the nature of the sea clutter and the signal of interest. On the one hand, we propose an original algorithm based on a variational approach : a multiphase model with diffuse interface. The results obtained show that the algorithm is efficient when the signal of interest has a sufficiently large signal-to-clutter ratio. On the other hand, we focus on the implementation of lattice Boltzmann schemes for convection-diffusion problems with non-constant advection velocity and non-zero source term. We describe the computation of the consistency obtained by asymptotic analysis at the acoustic scale and with a multiple relaxation time collision operator, and study the stability of these schemes in a particular case. The obtained results show that the proposed schemes allow removing the residual noise and to enhance the signal of interest on the image obtained with the first method. Finally, we propose a learning method allowing us to avoid assumptions on the nature of the signal of interest. Indeed, in addition to the variational approach, we propose an algorithm based on pulse-Doppler processing when the signal of interest is exo-clutter and has a low signal-to-clutter ratio. The results obtained from the proposed double auto-encoder, being comparable to the results provided by each of the two methods, allow validating this approach

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Ge, Fei. "The lattice Boltzmann method dedicated to image processing." Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEI012.

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La méthode de Boltzmann sur réseau est un outil de simulation numérique dont la formulation à l'échelle mésoscopique permet d'éviter la résolution d'une équation différentielle, et repose sur des mécanismes de propagation et de collision au cours du temps, de distributions de particules se propageant sur un réseau régulier. Si les lois de conservation sont imposées en chaque nœud du réseau, alors la solution générée correspondra à la modélisation de phénomènes physiques à l'échelle macroscopique. Dans ce contexte la méthode de Boltzmann est tout à fait adaptée pour résoudre un problème de mécanique des fluides qui équivaut à résoudre indirectement l'équation de Navier-Stokes. Récemment des travaux en traitement d'images ont été réalisés en adaptant la méthode de Boltzmann sur réseau à des opérations de segmentation, de dé bruitage, etc. Par ailleurs la méthode Boltzmann est intrinsèquement adaptée au calcul parallèle sur cartes graphiques permettant ainsi d'optimiser les temps de calculs. Dans ce cadre, l'objectif de cette thèse est de développer une stratégie générale de segmentation multi-seuils appliquée à des données 3D. L'élaboration d'une fonction de collision originale couplée à un algorithme des k-moyennes réalisant une division en "K" partitions ("clusters") des niveaux de gris de l'image considérée, permet une segmentation efficace à seuils multiples. La précision et l’efficacité de la solution proposée ont été validées sur des images de références et sur des séquences d'imagerie médicale traitant d’anévrismes cérébraux. Egalement la méthode proposée couplant la méthode de Boltzmann et la méthode des k-moyennes, a été testée sur cartes graphiques n’VIDIA attestant que la méthode proposée permet une accélération des calculs d'un facteur au moins supérieur à cent et avec une précision identique relevée notamment lors de la segmentation de la paroi d'anévrismes intracrâniens
Lattice Boltzmann Method (LBM) is a numerical tool for solving partial differential equation, LBM being a mesoscopic model dealing with the material containing a quantity of particles in order to simulate macroscopic phenomenon. As a numerical tool LBM has proved its capability to simulate complex fluid flow behaviours and more recently to process medical images. In the framework of image analysis, LBM is implemented to perform de-noising operation, image boundary detection and image segmentation. In addition, LBM has advantage of strong amenability to parallel computing, especially on low-cost, powerful graphics hardware (GPU).In this direction, the main purpose of this thesis is to develop a general parallel computational segmentation algorithm. We have proved the efficiency of the proposed original method through the segmentation of the wall of an aneurysm and associated with parent blood vessels, whole cerebral data-set and stent-assisted aneurysm. The parallel segmentation algorithm has been run on nVIDIA graphic card, and demonstrates that the speedup has been improved by more than 100 times under the same precision

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Gisselbrecht, Matthieu. "Simulation des interactions hydrodynamiques entre inclusions dans un métal liquide : établissement de noyaux d’agrégation dans les conditions représentatives du procédé de flottation." Thesis, Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0073/document.

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La propreté inclusionnaire reste un enjeu majeur en élaboration des métaux par voie liquide. La flottation, principal procédé retenu en métallurgie secondaire pour éliminer les particules d’inclusions, consiste à injecter des bulles de gaz au sein du réacteur. Lors de leur ascension, les bulles vont capter les plus grosses inclusions et favoriser la collision et l’agrégation des particules. Dans le but de quantifier les phénomènes influents à l’échelle des inclusions sur la dynamique d’agrégation entre deux inclusions à proximité des bulles, un modèle numérique 3D a été développé. L’écoulement local est modélisé par un cisaillement plan permanent et résolu par une méthode de Boltzmann sur réseau. Le couplage entre les particules et le fluide a été assuré par une méthode de frontière immergée permettant de calculer la perturbation hydrodynamique engendrée par la présence des particules et de mettre à jour les interactions entre particules pour leur suivi lagrangien. Les simulations numériques réalisées ont mis en évidence que les effets hydrodynamiques ont une influence non négligeable sur le comportement des inclusions. Des sections efficaces de collision ont pu être extraites, à partir desquelles ont été calculés des noyaux d’agrégation, données macroscopiques rendant compte des effets à petite échelle. Une première application de ce travail a été menée avec le calcul des fréquences d’agrégation d’un train de bulle dans un réacteur canal à partir de résultats de simulations DNS. Les noyaux d’agrégation ont également été exploités en vue de déterminer, à partir de résultats RANS de l’hydrodynamique d’une poche d’acier, l’évolution de la concentration d’inclusions par un bilan de population global
Inclusion cleanliness remains a major challenge faced in process metallurgy in liquid phase. Flotation, the main process used in secondary metallurgy to remove inclusions, consists in injecting gas bubbles into the reactor. Rising gas bubbles entrap the biggest inclusions at their surface or in their wake. Besides, they promote collision and aggregation among particles. A 3D numerical model has been developed in order to quantify the roles of the prevailing phenomena on aggregation dynamics between inclusions in the vicinity of bubbles. At inclusion (mesoscopic) scale, the turbulent flow is locally modeled by a steady plane shear flow which is solved using a lattice-Boltzmann method. The coupling between both liquid and solid phases is ensured using an immersed boundary method. This method resolves the hydrodynamic perturbation induced by particles, and hence their interactions that are, in turn, used to update their Lagrangian tracking. The conducted numerical simulations bring out the influence of hydrodynamic effects on inclusion behavior. Collision cross sections have been determined from which ensuing aggregation kernels have been calculated. Such cross sections could provide macroscopic models to represent local particle dynamics. A first application of these results is presented to calculate aggregation frequencies in bubble swarms in a channel flow reactor that was simulated using DNS. Additionally, evolution of inclusion populations in molten steel has been determined from RANS simulation of a liquid steel ladle by means of a global population balance implementing the aggregation kernels determined in the present work

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Zhang, Hengdi. "Simulation de la microcirculation sanguine et son couplage à la signalisation biochimique." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAY072/document.

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La circulation sanguine joue un rôle vital en microcirculation, et ce pour le transport de l'oxygène, le dioxide de carbone et d'autres nutriments. Les globules rouges (GR) constituent la majorité des cellules du sang, c'est pourquoi par "écoulement sanguin", nous entendrons "écoulement d'une suspension de GR". Pendant longtemps l'écoulement sanguin était vu comme un phénomène passif où les GR sont considérés comme des cargos d'oxygène. La vision moderne est tout autre: l'écoulement sanguin est bel et bien un phénomène actif. Les GR ainsi que les cellules endothéliales (qui tapissent les faces internes des vaisseaux sanguins) sont impliquées dans un grand nombre de signalisations biochimiques induites par les contraintes hydrodynamiques, la route vers des régulations vasomotrices sans l'intervention du système nerveux. Par exemple, les GR ne transportent pas que l'oxygène, mais également de l'ATP (adenosine triphosphate), qui est libérée suite à des changements de conformation de protéines membranaires induite par les contraintes hydrodynamiques. Cette thèse est dédiée à la circulation sanguine et son couplage avec la signalisation biochimique ayant lieu en microcirculation. Plus précisément, les questions traités dans cette thèse sont i) la dynamique des GR, ii) le problème de la diffiusion-advection d'espèces chimiques au sein des écoulements sanguins, et iii) le rôle de la géométrie des réseaux vasculaires dans le processus de la signalisation biochimique mentionnés plus haut. Dans un premier temps nous analysons la dynamique de GR dans un écoulement de Poiseuille en présence de valeurs réalistes de contraste de viscosité. Dans un deuxième temps nous développons un modèle de diffusion-advection et le couplons aux écoulements sanguins en adoptant la méthode de Boltzmann sur réseaux; nous exploitons ensuite formulation en l'appliquant au problème de la libération de l'ATP par les GR sous écoulement. Enfin nous présentons des résultats préliminaires pour la problématique générale de l'écoulement sanguin mettant en jeu l'ATP libéré par les GR et la signalisation de calcium par les cellules endothéliales. Cette étude constitue un premier pas vers le problème général et ambitieux de la régulation locale mechano-biochimique impliquée dans la microcirculation
Blood flow in microcirculation is vital for oxygen, carbon dioxide and nutrients transport. Most of blood cells are red blood cells (RBCs), so that by blood flow we mean flow of a suspension of RBCs. For long time blood flow has been mainly considered as a passive phenomenon, in which RBCs are viewed as passive carriers of oxygen. The modern view is completely different: blood flow is more active than we thought. The RBCs as well as vascular endothelial cells covering the internal walls of blood vessels are involved in a number of biochemical signaling processes that are triggered by shear stress eliciting a number of biochemical events, and ultimately resulting into vasomotor regulation without participation of the nerve system. For example, RBCs do not only carry oxygen but also ATP (adenosine triphosphate) , the release of which occurs thanks to changes of RBC membrane protein conformations caused by shear stress. Released ATP reacts with some endothelial membrane receptors leading to vasodilation. This thesis is devoted to blood flow and its coupling to biochemical signaling. More precisely, we investigate i) the dynamics of RBCs, ii) the advection diffusion of chemicals in blood flow and the role of iii) the geometry of vessel networks, in the mentioned signaling processes in microcirculations. Firstly, we study the RBC dynamics in a pipe flow with realistic viscosity contrast values, where a link between shape dynamics and rheology is established. Secondly, we develop an advection-diffusion solver that can handle general moving curved boundaries based on lattice-Boltzmann method (LBM); we then implement it for the study of the problem of ATP release from RBCs under shear flow. Membrane tension and deformation induced by shear stress together with vessel network geometry contribute to ATP release. Finally we demonstrate the capability of applying our model and our numerical tool to the complete problem of blood under flow involving ATP release from RBCs and endothelial calcium signaling as a preliminary step to the ambitious task of mechano-involved local regulation events in microcirculation

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Hogan, Brenna. "Numerical study of blood microcirculation and its interactions with the endothelium." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLX004/document.

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Cette thèse porte sur l’étude des interactions entre les globules rouges (GRs)et l’endothélium, la couche des cellules qui délimite les vaisseaux sanguins.Il a été démontré que l’endothélium et les GRs jouent des rôles actifs dans divers processus du système vasculaire, et leurs interactions produisent un signal bio chimique grâce à des moyens à la fois chimiques (molécules de signalisation) et mécaniques (taux de cisaillement sur les parois). D’abord,nous étudions le rôle des GRs, y compris dans des conditions pathologiques, dans la création de contraintes de cisaillement spatialement et temporellement dynamiques sur l’endothélium. Il a été montré que les contraintes de cisaillement constituaient un élément critique dans le déclenchement d’un signal bio mécanique depuis l’endothélium. Par ailleurs, étant donné qu’il a été montré que les parois des vaisseaux sanguins ondulent en raison des cellules endothéliales individuelles qui le composent, nous avons intégré à notre modélisation cette géométrie. On trouve que cette ondulation affecte la dynamique des GRs dans l’écoulement ainsi que le taux de cisaillement sur les parois. Nous étudions rapidement dans quelle mesure la déformabilité d’un GR affecte sa trajectoire dans un vaisseau ondulé. Pour cela, nous nous inspirons du processus de fonctionnement un appareil de déplacement latéral déterministe (DLD) qui utilise les variations de trajectoires des particules en fonction de leur taille pour les séparer dans l’écoulement. Nous étudions par ailleurs l’effet des suspensions de GRs sur les caractéristiques rhéologiques et les contraintes de cisaillement sur la paroi du vaisseau.Finalement, nous nous adressons à les interaction chimiques en développons un modèle numérique avec la méthode de Boltzmann sur réseaux-limite immergée (LB-IBM) pour résoudre la diffusion et l’advectiond’un soluté libéré par un particule en mouvement et déformable. L’oxygène et l’adénosine triphosphate (ATP) sont toutes les deux libérées par les GRs,se diffusent dans l'écoulement, et sont absorbées par l’endothélium. Ils représentent des facteurs de signalisation critiques pour les processus de l’inflammation et vasodilatation. Nous montrons que la morphologie des GRs affectera le temps de résidence et la dilution des espèces chimiques lorsqu’elles rentreront en contact avec la paroi du vaisseau. Ensemble, ces éléments nous conduisent vers la développement d’un modèle capable de simuler des processus vitaux du système vasculaire qui résultent d’événements locaux de composants individuels
This thesis is devoted to the study of the interactions between red blood cells (RBCs) and the endothelium, the monolayer of cells lining blood vessels. The endothelium and RBCs have been shown to be active participants in various processes in the vascular system, and their interactions trigger biochemical signalling by mechanical (wall shear stress) and chemical (signalling molecules) means. We first investigate the role of RBCs, including pathological conditions, in creating time- and space-varying shear stress on the endothelium. Shear stress has been shown to be a critical element in biochemical signalling from the endothelium. In addition, as it has been shown that the endothelium is undulating due to the individual endothelial cells comprising it, we take this into account in our model of the geometry of the vessel wall. We find that this undulation affects the dynamics of the RBCs in the flow and the wall shear stress. We briefly explore how the deformability of a single RBC affects its trajectory in undulating channels, inspired by the idea behind deterministic lateral displacement devices (DLDs) which exploit the differing trajectories of particles based upon their sizes to separate them in flow. We also investigate the effect of suspensions of RBCs in undulating channels on rheological properties and wall shear stress. Finally, we address the chemical interactions by building a numerical model with the lattice Boltzmann-immersed boundary method (LB-IBM) to solve advection-diffusion of solute released from moving, deformable particles. Oxygen and adenosine triphosphate (ATP) are both released by RBCs and are advected and diffused in the flow and uptaken by the endothelium and serve as critical signalling factors in inflammation and vasodilation. We find that the morphology of RBCs will affect the residence time and dilution of the chemical species upon contact with the wall. Together, these elements lead us towards the development of a model capable of simulating vital processes in the vascular system which result from local interactions of individual components

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Vienne, Lucien. "Simulation of multi-component flows by the lattice Boltzmann method and application to the viscous fingering instability." Thesis, Paris, CNAM, 2019. http://www.theses.fr/2019CNAM1257/document.

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La méthode de Boltzmann sur réseau est une formulation discrète particulière de l'équation de Boltzmann. Depuis ses débuts, il y a trente ans, cette méthode a gagné une certaine popularité, et elle est maintenant utilisée dans presque tous les problèmes habituellement rencontrés en mécanique des fluides notamment pour les écoulements multi-espèces. Dans le cadre de ce travail, une force de friction intermoléculaire est introduite pour modéliser les interactions entre les molécules de différent types causant principalement la diffusion entre les espèces. Les phénomènes de dissipation visqueuse (collision usuelle) et de diffusion moléculaire (force de friction intermoléculaire) sont séparés et peuvent être ajuster indépendamment. Le principal avantage de cette stratégie est sa compatibilité avec des optimisations de la collision usuelle et les opérateurs de collision avancés. Adapter un code mono-espèce pour aboutir à un code multi-espèces est aisé et demande beaucoup moins d’effort comparé aux précédentes tentatives. De plus, il n’ y a pas d’approximation du mélange, chaque espèce a ses propres coefficients de transport pouvant être calculés à l’aide de la théorie cinétique des gaz. En général, la diffusion et la convection sont vus comme deux mécanismes séparés : l’un agissant sur la masse d’une espèce, l’autre sur la quantité de mouvement du mélange. En utilisant une force de friction intermoléculaire, la diffusion et la convection sont couplés par l’intermédiaire la quantité de mouvement de chaque espèce. Les mécanismes de diffusion et de convection sont intimement liés dans de nombreux phénomènes physique tel que la digitation visqueuse.L’instabilité de digitation visqueuse est simulée en considérant dans un milieu poreux deux espèces dans des proportions différentes soit un mélange moins visqueux déplaçant un mélange plus visqueux. Les principaux moteurs de l’instabilité sont la diffusion et le contraste de viscosité entre les espèces. Deux stratégies sont envisagées pour simuler les effets d’un milieu poreux. Les méthodes de rebond partiel et de force de Brinkman bien que basées sur des approches fondamentalement différentes donnent dans notre cas des résultats identiques. Les taux de croissance de l’instabilité calculés à partir de la simulation coïncident avec ceux obtenus à partir d’analyses de stabilité linéaire. L’évolution de la longueur de mélange peut être divisée en deux étapes dominées d’abord par la diffusion puis par la convection. La physique de la digitation visqueuse est ainsi correctement simulée. Toutefois, les effets de diffusion multi-espèces ne sont généralement pas pris en compte lors de la digitation visqueuse de trois espèces et plus. Ces derniers ne sont pas négligeable puisque nous mettons en avant une configuration initialement stable qui se déstabilise. La diffusion inverse entraîne la digitation dont l’impact dépend de la diffusion entre les espèces
The lattice Boltzmann method (LBM) is a specific discrete formulation of the Boltzmann equation. Since its first premises, thirty years ago, this method has gained some popularity and is now applied to almost all standard problems encountered in fluid mechanics including multi-component flows. In this work, we introduce the inter-molecular friction forces to take into account the interaction between molecules of different kinds resulting primarily in diffusion between components. Viscous dissipation (standard collision) and molecular diffusion (inter-molecular friction forces) phenomena are split, and both can be tuned distinctively. The main advantage of this strategy is optimizations of the collision and advanced collision operators are readily compatible. Adapting an existing code from single component to multiple miscible components is straightforward and required much less effort than the large modifications needed from previously available lattice Boltzmann models. Besides, there is no mixture approximation: each species has its own transport coefficients, which can be calculated from the kinetic theory of gases. In general, diffusion and convection are dealt with two separate mechanisms: one acting respectively on the species mass and the other acting on the mixture momentum. By employing an inter-molecular friction force, the diffusion and convection are coupled through the species momentum. Diffusion and convection mechanisms are closely related in several physical phenomena such as in the viscous fingering instability.A simulation of the viscous fingering instability is achieved by considering two species in different proportions in a porous medium: a less viscous mixture displacing a more viscous mixture. The core ingredients of the instability are the diffusion and the viscosity contrast between the components. Two strategies are investigated to mimic the effects of the porous medium. The gray lattice Boltzmann and Brinkman force models, although based on fundamentally different approaches, give in our case equivalent results. For early times, comparisons with linear stability analyses agree well with the growth rate calculated from the simulations. For intermediate times, the evolution of the mixing length can be divided into two stages dominated first by diffusion then by convection, as found in the literature. The whole physics of the viscous fingering is thus accurately simulated. Nevertheless, multi-component diffusion effects are usually not taken into account in the case of viscous fingering with three and more species. These effects are non-negligible as we showcase an initial stable configuration that becomes unstable. The reverse diffusion induces fingering whose impact depends on the diffusion between species

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Cao, Weijin. "Investigation of the applicability of the lattice Boltzmann method to free-surface hydrodynamic problems in marine engineering." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2019. http://www.theses.fr/2019ECDN0011/document.

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La simulation numérique des écoulements à surface libre pour les applications du génie maritime est un problème qui présente de grands défis dans le domaine de la dynamique des fluides numérique (CFD). On propose dans cette thèse une solution, qui consiste à utiliser la méthode de Boltzmann sur réseau régularisée (RLBM) avec un modèle de surface libre basé sur le volume-de-fluide (VOF), et on étudie sa faisabilité et sa fiabilité. Les connaissances théoriques de la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM) sont présentées dans un premier temps, sur la base d'un développement polynomial d'Hermite et d'une analyse de Chapman-Enskog. De cette perspective, l’idée de la RLBM se résume comme étant la régularisation d'Hermite des fonctions de distribution. Dans les cas tests suivants du vortex de Taylor-Green et de la cavité entraînée, il est vérifié que la RLBM posse possède une précision de second ordre et une stabilité améliorée. On a alors ensuite implémenté le modèle de surface libre dans la RLBM. Sur la simulation d'une onde de gravité visqueuse stationnaire et d'un écoulement de dambreak, il est montré que la régularisation stabilise fortement le calcul en réduisant les oscillations de pression, ce qui est très bénéfique pour obtenir des écoulements à surface libre précis, et que la RLBM n'introduit pas non plus de dissipation numérique supplémentaire. De plus, une nouvelle méthode de reconstruction des fonctions de distribution à la surface libre est proposée. Le modèle proposé est ainsi plus consistent avec la RLBM, ce qui offre un moyen efficace pour simuler des écoulements à surface libre à un grand nombre de Reynolds en génie maritime
The numerical simulation of the freesurface flows for marine engineering applications is a very challenging issue in the field of computational fluid dynamics (CFD). In this thesis, we propose a solution, which is to use the regularized lattice Boltzmann method (RLBM) with a volume-of-fluid (VOF) based single-phase free-surface lattice Boltzmann (LB) model, and we investigate its feasibility and its reliability. The theoretical insights of the lattice Boltzmann method (LBM) are given at first, through the Hermite expansion and the Chapman-Enskog analysis. From this perspective, the idea of the RLBM is summarized as the Hermite regularization of the distribution functions. On the test-cases of the Taylor-Green vortex and the lid-driven cavity flow, the RLBM is verified to have a 2nd-order accuracy and an improved stability. The adopted free-surface model is then implemented into the RLBM and validated through simulating a viscous standing wave and a dambreak flow problems. It is shown that the regularization not only strongly stabilizes the calculation by reducing spurious pressure oscillations, which is very beneficial for obtaining accurate free-surface motions, but also does not introduce any extra numerical dissipation. Furthermore, a new reconstruction method for the distribution functions at the free-surface is proposed. The present model is more consistent with the RLBM, which provides an effective way for simulating high-Reynoldsnumber free-surface flows in marine engineering

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Hasnaoui, Safae. "Transferts de chaleur et de masse couplés en milieux confinés engendrés par diffusion thermogravitationnelle : étude mésoscopique." Electronic Thesis or Diss., Amiens, 2019. http://www.theses.fr/2019AMIE0002.

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Le travail présenté dans cette thèse est une contribution à l'étude de la convection naturelle thermosolutale dans des configurations rectangulaires confinant des mélanges binaires. Des couplages de second ordre (effet Soret ou thermo-diffusion et effet Dufour ou diffusion-thermo), souvent négligés dans la littérature, ont été considérés en plus d'une génération volumique interne de la chaleur. Le recours à des méthodes numériques de simulation différentes des méthodes classiques faisait partie des objectifs de cette étude. Ainsi, on a adopté la méthode de lattice Boltzmann sur réseau qui est une approche mésoscopique avec une approximation à temps de relaxation simple (SRT) et multiple (MRT). L'étude a été focalisée sur l'effet des paramètres les moins étudiés dans la littérature (intensité de la génération interne de la chaleur, effet Soret et effet Dufour) pour des forces de volumes thermique et solutale de même intensité avec des effets opposés ou coopérants. Les résultats obtenus sont caractérisés par une richesse de phénomènes engendrés par les effets combinés des paramètres de contrôle et non reportées dans la littérature. Par exemple, la possibilité de purification/charge du milieu des/en espèces par effet Soret a été observée dépendamment des autres paramètres de contrôle. L'étude a permis également d'identifier des effets stabilisants et déstabilisants des paramètres de Soret et Dufour sur les gammes des intensités de la génération interne de la chaleur qui conduisent à des écoulements stationnaires et instationnaires en l'absence des effets de la thermo-diffusion et de la diffusion-thermo
The work presented in this thesis is a contribution to the study of natural thermosolutal convection in rectangular configurations confining binary mixtures. Couplings of second order (Soret effect or thermo-diffusion and Dufour effect or diffusion-thermo), often neglected in the literature, were considered in addition to an internal volumetric heat generation. The use of numerical simulation methods different from conventional methods was among the objectives of this study. Thus, we have adopted the lattice Boltzmann method which is a mesoscopic approach with a simple (SRT) and multiple (MRT) relaxation time approximations. The study was focused on the effect of the least studied parameters in the literature (intensity of internal heat generation, Soret effect and Dufour effect) in the case of thermal and solutal buoyancy forces with the same intensity and opposite or cooperating effects. The results obtained are characterized by a wealth of phenomena generated by the combined effects of the control parameters and not reported in the literature. For example, the possibility of purification/loading of the medium from/with species by Soret effect was observed depending on the other control parameters. The study has also allowed to identify the stabilizing and destabilizing effects of the Soret and Dufour parameters on the intensities ranges of the internal heat generation that lead to steady and unsteady flows in the absence of the effects of the thermo-diffusion and diffusion-thermo

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Mercier, Philippe. "Modélisation de la turbulence engendrée par la morphologie du fond dans le Raz Blanchard : approche locale avec la LBM-LES." Thesis, Normandie, 2019. http://www.theses.fr/2019NORMC206/document.

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Le développement des énergies renouvelables passe par l’exploitation de nouvelles sources d’énergie. La filière hydrolienne, dédiée à la récupération de l’énergie des courants de marée, est proche de l’industrialisation. Cependant, les conditions hydrodynamiques turbulentes des sites hydroliens sont encore mal connues. Cette thèse propose d’examiner à l’échelle locale l’effet des rugosités du fond marin sur la génération de tourbillons hautement énergétiques par la simulation numérique en mécanique des fluides de type méthode de Boltzmann sur réseau. Cette méthode est particulièrement adaptée à la simulation d’écoulements instationnaires sur un domaine de simulation complexe. Dans un premier temps, les phénomènes physiques de détachements tourbillonnaires sur des macro-rugosités canoniques sont décrits. L’appariement de structures tourbillonnaires est mis en évidence dans le processus de formation de tourbillons hautement énergétiques. Dans un deuxième temps, la simulation permet d’observer de tels phénomènes dans le cas d’écoulements environnementaux intégrant une bathymétrie réelle. Ces simulations, validées par rapport à des mesures in situ, mènent à une meilleure compréhension des effets du fond marin sur la turbulence en milieu hydrolien. En particulier, l’importance des failles géologiques dans la génération de turbulence dans la zone d’étude est mise en évidence
Renewable energy development calls for exploitation of new energy resources. Tidal stream power harvesting is now close to the industrialisation step. Still, turbulent hydrodynamic conditions at tidal sites are not well understood. This thesis aims to investigate the local scale effect of sea bottom roughnesses on energetic vortex generation with computational fluid simulations using the lattice Boltzmann method. This method is highly indicated for unsteady flow simulations of complex domains. First, the physical phenomena involved in vortex emission around canonical macroroughnesses are described. Vortex merging is identified in the generation process of energetic vortices. Then, such physical events are reproduced in the case of environmental flow simulations using a real seabed morphology. These simulations are validated on in situ measured data, and lead to a better understanding of the sea bottom effect on tidal stream site turbulence. They demonstrate the role of geological faults on the local turbulence

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Fan, Jianhua. "Numerical study of particle transport and deposition in porous media." Thesis, Rennes, INSA, 2018. http://www.theses.fr/2018ISAR0003/document.

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L'objectif de ce travail de recherche est d'étudier numériquement le transport et le dépôt de particules dans des milieux poreux à l'échelle des pores.Premièrement, un couplage entre la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM) et la méthode des éléments discrets (DEM) est réalisé et utilisé pour simuler l'écoulement d'un fluide chargé en particules. La LBM est utilisée pour décrire l'écoulement du fluide autour des fibres tandis que la DEM est utilisée pour traiter la dynamique des particules. Ce couplage est bidirectionnel dans le sens où le mouvement des particules affecte le flux de fluide et réciproquement. Ce modèle nous a permis de prédire l'efficacité de capture et la chute de pression à l'étape initiale du processus de filtration. Le facteur de qualité est également calculé pour déterminer la qualité de filtration.Ensuite, on se focalise sur l'étude de l'efficacité de la capture de fibres de formes de section transversale différentes (circulaire, losange et carrée). Les résultats issus de nos simulations du processus de filtration de la fibre circulaire concordent bien avec les corrélations empiriques. L'impaction des particules sur la face avant de la fibre de forme carrée est plus importante que dans les cas de fibre de formes circulaire et losange. Cependant, en raison d'une chute de pression plus faible, la fibre de section losange présente une meilleure qualité de filtration. Ensuite, les variations du facteur de qualité dues à l'angle d'orientation et au rapport d'aspect des fibres ont été étudiées numériquement pour la forme rectangulaire. Pour chaque cas, on a déterminé la valeur optimale de la zone au vent pour laquelle le facteur de qualité est maximal. La comparaison des valeurs du facteur de qualité obtenues pour les différentes formes de fibre monte une meilleure performance pour la fibre de section carrée orientée avec un angle de π/4.Enfin, l'influence de l'arrangement des fibres sur la qualité de la filtration est analysée en considérant la configuration en quinconce pour les différentes formes. Les simulations conduites pour différentes tailles de particules et différentes valeurs de la densité (particule/air) montent que la fibre de section losange est plus performante en termes de facteur de qualité pour les particules de grande taille et pour les valeurs de densité élevée. La présente étude fournit des pistes pour optimiser le processus de filtration et prédire la qualité de filtration
The objective of the present research was to numerically investigate the transport and deposition of particles in porous media at the pore scale. Firstly, a developed coupled lattice Boltzmann method (LBM) and discrete element method (DEM) is used to simulate the fluid-particle flow. LBM is employed to describe the fluid flow around fibers whereas DEM is used to deal with the particle dynamics. The corresponding method is two-way coupling in the sense that particle motion affects the fluid flow and reciprocally. It allowed us to predict the capture efficiency and pressure drop at the initial stage of filtration process. The quality factor is also calculated for determining the filtration performance. Secondly, we focus on the study the capture efficiency of single fiber with circular, diamond and square cross-section, respectively. The results of LBM-DEM for filtration process of single circular fiber agree well with the empirical correlation. The impaction of particles on the front side of square-shaped fiber is more favorable than those on circular and diamond cases. However, diamond fiber exhibits a good filtration performance. Then the variations of quality factor due to the different orientation angle and aspect ratio of rectangular fiber were studied using LBM-DEM. For each case, we have found the optimal value of the windward area to which corresponds a maximum value of the quality factor. The comparison of the performance of the different forms of fibers shows that the largest quality factor is obtained for square fiber oriented with angle π/4.Finally, the influence of the arrangement of fiber on filtration performance is analyzed by considering the staggered configuration. Simulations conducted for several particle size and density show that the diamond with staggered array performs better for large particles and high particle-to-fluid density ratio in terms of quality factor. The present study provide an insight to optimize the filtration process and predict filtration performance

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Zhang, Yue. "Hemodynamic investigation and thrombosis modeling of intracranial aneurysms." Thesis, Lyon, INSA, 2015. http://www.theses.fr/2015ISAL0081/document.

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La sélection de variables est une tâche primordiale en fouille de données et apprentissage automatique. Il s’agit d’une problématique très bien connue par les deux communautés dans les contextes, supervisé et non-supervisé. Le contexte semi-supervisé est relativement récent et les travaux sont embryonnaires. Récemment, l’apprentissage automatique a bien été développé à partir des données partiellement labélisées. La sélection de variables est donc devenue plus importante dans le contexte semi-supervisé et plus adaptée aux applications réelles, où l’étiquetage des données est devenu plus couteux et difficile à obtenir. Dans cette thèse, nous présentons une étude centrée sur l’état de l’art du domaine de la sélection de variable en s’appuyant sur les méthodes qui opèrent en mode semi-supervisé par rapport à celles des deux contextes, supervisé et non-supervisé. Il s’agit de montrer le bon compromis entre la structure géométrique de la partie non labélisée des données et l’information supervisée de leur partie labélisée. Nous nous sommes particulièrement intéressés au «small labeled-sample problem» où l’écart est très important entre les deux parties qui constituent les données
Feature selection is an important task in data mining and machine learning processes. This task is well known in both supervised and unsupervised contexts. The semi-supervised feature selection is still under development and far from being mature. In general, machine learning has been well developed in order to deal with partially-labeled data. Thus, feature selection has obtained special importance in the semi-supervised context. It became more adapted with the real world applications where labeling process is costly to obtain. In this thesis, we present a literature review on semi-supervised feature selection, with regard to supervised and unsupervised contexts. The goal is to show the importance of compromising between the structure from unlabeled part of data, and the background information from their labeled part. In particular, we are interested in the so-called «small labeled-sample problem» where the difference between both data parts is very important

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Fiorentino, Eve-Agnès. "Phénomènes électrocinétiques et transport multiphasique en milieux poreux." Thesis, Strasbourg, 2016. http://www.theses.fr/2016STRAH008/document.

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Le coefficient d'électrofiltration est simulé par méthode Lattice Boltzmann dans un chenal 2-D sur une grande gamme de salinité. L'influence de la permittivité et de la viscosité est discutée. La validité de l'équation d'Helmholtz Smoluchowski à de forts potentiels zeta est évaluée. Un modèle de conductivité intrinsèque est développé en prenant en compte les variations locales de conductivité, qui ont un impact significatif en la présence d'espèces polyvalentes. Étendu aux conditions non saturées, l'algorithme montre que la densité de charge électrique associée à l'interface eau-air est une composante clé. Le coefficient présente une attitude non monotone, avec une augmentation par rapport à l'état saturé. L'amplitude de cette augmentation dépend de l'état dynamique des bulles, mobiles ou piégées. L'aspect transport multiphasique est complété par une étude numérique de l'impact de la forme des échantillons sur la mesure des lois reliant saturation et pression capillaire en hydrologie
The electrokinetic coefficient is simulated in a large range of salinities using the Lattice Boltzmann method in a 2-D channel. The effect of permittivity and viscosity is discussed. The validity of the Helmholtz Smoluchowski equation using strong zeta potentials is assessed. A model of bulk fluid conductivity is derived, taking into account the local variations of conductivity which have a significant impact in the presence of polyvalent counterions. Extended to unsaturated conditions, the model shows that the electrical charge density associated to the air-water interface is a key component. The coefficient shows a non monotonous behaviour, with an enhancement compared to the saturated state. The magnitude of this enhancement depends on the dynamic state of the bubbles, moving or entrapped. The multiphase transport aspect is associated to a numerical study of the influence of the sample geometry on the measurement of the capillary pressure / saturation relationships used in hydrology

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Asta, Adelchi Jacques. "Listening to the electrical noise for nanoﬂuidic sensing". Thesis, Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS444.

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Le passage de la microfluidique, qui est aujourd'hui un domaine bien établi, à la nanofluidique nécessite le développement de techniques numériques. En utilisant la méthode de Lattice Boltzmann sur réseau électrocinétique (LBE), nous pouvons coupler l'équation de Navier-Stokes avec la théorie de Poisson-Nernst Planck et ainsi étudier les fluides confinés et chargés à l'échelle nanométrique. Les électrochimistes ont commencé à utiliser les fluctuations électriques qui en découlent pour extraire des informations sur les phénomènes interfaciaux et donc sur les processus microscopiques sous-jacents (par exemple: la détection de molécules uniques ou l’adsorption/désorption). Ceci nécessite de pouvoir modéliser des nanocondensateurs avec une différence de potentiel constante entre les deux électrodes, ce qui est la principale nouveauté ajoutée à l'algorithme LBE. Enfin, en couplant cette méthode à la méthode de propagation des moments, nous avons été en mesure de fournir un outil de calcul efficace, capable d'analyser les effets hydrodynamiques, électrocinétiques, d'adsorption/désorption et de taille finie dans des fluides confinés à l'échelle nanométrique, pour des géométries arbitraires, en régime linéaire et non linéaire, ainsi que dans les régimes transitoires et stationnaires. Dans le contexte du bruit électrique, la réponse temporelle de la charge à une perturbation de tension peut être liée à l'impédance et donc aux fluctuations électriques. A l'avenir, nous pourrons également étudier la réponse électrocinétique liée à la réponse de corrélation croisée entre la masse et les courants électriques
Moving from microfluidics, which is now a well-established field, to nanofluidics requires the development of computational tools. Using the Lattice Boltzmann Electrokinetics (LBE) method, we can couple the Navier-Stokes equation with the Poisson-Nernst Planck theory and thus study charged confined fluids at the nanoscale. Electrochemists have begun to use the electrical fluctuations arising from them to extract information on the interfacial phenomena and thus the underlying microscopic processes (e.g. single molecule detection, adsorption/desorption). This requires to be able to model nanocapacitors with a constant potential difference between the two electrodes, which was the main novelty added to the LBE algorithm. Finally by coupling this method with the moment propagation method, we have been able to provide an efficient computational tool capable to analyse, hydrodynamic, electrokinetic, adsorption/desorption and finite size effects in fluids confined at the nanoscale, for arbitrary geometries, in both linear and non-linear regimes, as well as in the transient and steady state regimes. Within the context of electrical noise, the temporal charge response to a voltage perturbation can be linked to the impedance and thus to the electrical fluctuations. In the future we will also be able to study the electrokinetic response related to the cross correlation response between mass and electric currents

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Pestana, Miguel. "Impact of a heterogeneous stator on the rotor-stator interaction-noise : an analytical, experimental and numerical investigation." Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEC003.

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La présente étude vise à quantifier par une modélisation analytique, des essais et des simulations numériques, l’impact des aubes de stator hétérogènes sur le bruit d’interaction rotor-stator dans les turbomachines axiales. Le travail développé s’appuie sur des premières observations sur un ventilateur axial à basse vitesse à l’École Centrale de Lyon, l’étage LP3. Il a été observé que les deux premières fréquences de passage des pales rayonnaient à des niveaux élevés alors qu’elles devaient être coupées par le conduit selon le critère de Tyler & Sofrin. Une campagne expérimentale est alors réalisée sur la configuration de ventilateur hétérogène qui permet la caractérisation des contenus spectral et modal. Afin de s’assurer qu’aucune distorsion d’entrée d’air n’est présente, un écran pour le contrôle de la turbulence est utilisé. Des techniques de décomposition modale sont utilisées sur des antennes pseudo-aléatoires afin d’obtenir les modes acoustiques prédominants. Les résultats montrent un fort rayonnement acoustique des deux premières fréquences de passage des pales et mettent en évidence des modes dominants. La même expérience est ensuite simulée numériquement en utilisant la méthode de Boltzmann sur réseau. La comparaison entre un stator homogène et hétérogène permet de quantifier directement l’impact de l’hétérogénéité. L’hétérogénéité est alors responsable d’une augmentation du niveau tonal de plus de 10 dB aux deux premières FPP. Le contenu modal mesuré sur la configuration hétérogène est bien retrouvé par les simulations numériques. En outre, l’analyse de l’écoulement dans l’espacement inter-rotor-stator a permis de mettre en évidence l’impact de l’hétérogénéité sur le champ potentiel. Finalement, la modélisation analytique est axée sur deux sources dominantes : le bruit d’interaction de sillage et le bruit d’interaction potentielle. Les résultats montrent une contribution mineure du bruit d’interaction potentielle comparé au bruit d’interaction de sillage. Les mêmes modes dominants sont retrouvés dans certaines directions de propagation en accord avec ce qui est observé expérimentalement. En dernier lieu, une étude d’optimisation de la position des bras support est présentée. Une des configurations optimale montrant une forte atténuation du niveau de bruit tonal est validée numériquement par des simulations numériques. Les résultats montrent que l’optimisation du positionnement angulaire des aubes hétérogènes permet d’obtenir une réduction significative des niveaux aux deux premières FPP. L’étude des différentes composantes (analytique, expérimentale et numérique) fourni ainsi une meilleure compréhension des mécanismes de bruit modifiés par l’hétérogénéité du stator
The present study aims to quantify by means of an analytical modelling, experiments and numerical simulations, the impact of heterogeneous stator vanes on rotor-stator noise in axial turbomachines. This study starts from the first observations on an axial low-speed fan at École Centrale de Lyon, the LP3 stage. It has been observed that the first two blade passing frequencies were radiating at high levels while they were expected to be cut-off by the duct according to Tyler & Sofrin’s criterion. An experiment is then carried out with the heterogeneous fan configuration which makes it possible to characterize the spectral and modal contents. To ensure that no inflow distortion is present at the inlet, a turbulence control screen is used. Modal decomposition techniques are used on pseudo-random antennas to obtain the predominant acoustic modes. The results showed a strong acoustic radiation of the first two BPFs and evidenced some dominant modes. The same experiment is then simulated numerically using the lattice Boltzmann method. The comparison between a homogeneous and heterogeneous stator allows quantifying directly the impact of the heterogeneity. The heterogeneity is responsible for a level increase of more than 10 dB at the first two BPFs. The modal content from the numerical simulations on the heterogeneous configuration is also in good agreement with the experiment. In addition, the analysis of the flow in the inter-stage made it possible to highlight the impact of the heterogeneity on the potential field. Finally, the analytical modelling is focused on two dominant sources: the wake and potential interaction noise. The results put in evidence a minor contribution of the potential interaction noise compared to wake interaction noise. The same dominant modes are found in certain propagation directions in accordance with what is measured in the experiment. Finally, an optimization of the heterogeneous vanes angular position is carried out. One of the optimal configurations showing a great noise attenuation is numerically validated by the LBM. The numerical results show that the optimization of the azimuthal positioning of the heterogeneous vanes makes it possible to obtain a significant reduction of the levels at the first two BPFs. The comparison of all the study dimensions (analytical, experimental and numerical) allows achieving a better understanding of the noise mechanisms modification caused by the heterogeneity of the stator

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Yehya, Alissar. "Contribution to the experimental and numerical characterization of phase-change materials : consideration of convection, supercooling, and soluble impurities." Thesis, Artois, 2015. http://www.theses.fr/2015ARTO0207/document.

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Au cours des deux dernières décennies, le contexte économique a changé de manière significative en raison de la hausse des prix de l'énergie. Le bâtiment étant devenu le principal secteur consommateur d'énergie, la réduction de celle-ci est devenue un objectif économique, sociétal et environnemental. Ce sujet mobilise de nombreux travaux de recherche. Les Matériaux à Changement de Phase (MCP) représentent une solution innovante qui pourrait contribuer à améliorer la performance énergétique des bâtiments. Ils sont principalement utilisés pour la régulation de température, et leur forte capacité de stockage est un moyen de réduire la consommation d'énergie. Notre étude vise à caractériser, via une approche expérimentale et numérique, le comportement d'un PCM (l’Octadécane). Pour cela, nous avons développé et mis en œuvre un modèle numérique qui corrobore les résultats expérimentaux, et ainsi améliore la prédiction de la performance du MCP considéré.Dans ce travail, notre principale préoccupation est de mettre en évidence les erreurs ou simplifications présentes dans le modèle numérique traditionnel pouvant entraîner un écart global par rapport au comportement réel du MCP. Ces différences conduisent à une estimation erronée des temps de fusion et de la quantité d'énergie stockée. L'amélioration significative de notre modèle est la prise en compte de la convection naturelle, de la surfusion, et l'utilisation des courbes réelles d'enthalpie du MCP considéré. La relation température-enthalpie réelle tient compte de la présence d'une fraction d'impuretés solubles dans le matériau. L’originalité de ce travail est de traiter ces phénomènes physiques via la méthode de Boltzmann réseau (connue sous l'acronyme LBM) avec des fonctions de distribution doubles couplée à une formulation enthalpique. Une telle approche permet de passer outre la non-linéarité des équations régissant l'écoulement et le transfert de chaleur. Sa simplicité de mise en œuvre et son caractère local permettent d'affiner le modèle. Ainsi, on peut couvrir les problèmes de changement de phase, y compris ceux pouvant avoir lieu dans des matrices poreuses ou fibreuses. Ce dernier point a été couvert dans cette thèse.Enfin, il s'est avéré que l'approche numérique adoptée ici pour traiter les problèmes de changement de phase corrobore à la fois nos résultats expérimentaux et ceux disponibles dans la littérature
Over the past two decades, the economic context has changed significantly due to the rise in energy prices. The building sector has become the main consumer of energy. Thereby, reducing the latter is now an economic, societal and environmental necessity. Accordingly, this topic mobilizes many researches. Phase Change Materials (PCMs) represent an innovative solution, which could improve buildings' energy performance. They are primarily used for temperature regulation, and their high storage capacity can reduce energy consumption.Our study aims at characterizing, via a complementary approach of experimental and numerical simulation, the behavior of a PCM (n-Octadecane). For this, we have developed and implemented a numerical model that corroborates the experimental results, and hence improves the prediction of the PCM performance.In this work, our main concern is to highlight the common errors or simplifications taken in the traditional numerical model, which can result in an overall discrepancy compared to the actual behavior of PCMs. Those discrepancies lead to wrong estimation of the fusion times and amount of energy stored. The major improvement of our model is the consideration of the natural convection, the supercooling, and the use of real enthalpy curves of the considered PCM. The actual temperature-enthalpy relationship takes into account the presence of a fraction of soluble impurities in the material. The originality of this work is to handle these physical phenomena via a lattice Boltzmann method (known by the acronym LBM), which leans on double distribution functions and coupled with the enthalpy formulation. Such an approach overcomes the non-linearity in the governing equations of fluid flow and heat transfer. Its simplicity and local character allow adding complexity to the model. Thereby, one can cover up the phase change problems, including those, which may occur in heterogeneous matrices. This last point has been also covered in this thesis.Finally, it turned out that the approach implemented here for phase change problems supports both, our experimental results and those available in the literature

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Katranji, Mehdi. "Apprentissage profond de la mobilité des personnes." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2019. http://www.theses.fr/2019UBFCA024.

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La connaissance de la mobilité est un enjeu majeur pour les autorités organisatrices de mobilité et l'aménagement urbain. En raison du manque de définition formelle de la mobilité humaine, l'expression "mobilité des personnes" sera utilisée dans cette ouvrage. Ce sujet sera introduit par une description de l'écosystème en considérant ces acteurs et ces applications.La création d'un modèle d'apprentissage a des prérequis: la compréhension des typologies des ensembles de données disponibles, leurs forces et leurs faiblesses. Cet état de l'art de la connaissance de la mobilité passe par le modèle à quatre étapes qui existe et est utilisé depuis 1970 pour finir sur le renouvellement des méthodologies de ces dernières années.Nos modélisations de la mobilité des personnes sont ensuite présentées. Leur point commun est la mise en avant de l'individu contrairement aux approches classiques qui prennent comme référence la localité. Les modèles que nous proposons s'appuient sur le fait que la prise de décision des individus se fait selon leur perception de l'environnement.Cet ouvrage fini sur l'étude des méthodes d'apprentissage profond des machines de Boltzmann restreintes. Après un état de l'art de cette famille de modèles, nous recherchons des stratégies pour rendre ces modèles viables dans le monde applicatif. Ce dernier chapitre est notre contribution théorique principale, par l'amélioration de la robustesse et la performance de ces modèles
Knowledge of mobility is a major challenge for authorities mobility organisers and urban planning. Due to the lack of formal definition of human mobility, the term "people's mobility" will be used in this book. This topic will be introduced by a description of the ecosystem by considering these actors and applications.The creation of a learning model has prerequisites: an understanding of the typologies of the available data sets, their strengths and weaknesses. This state of the art in mobility knowledge is based on the four-step model that has existed and been used since 1970, ending with the renewal of the methodologies of recent years.Our models of people's mobility are then presented. Their common point is the emphasis on the individual, unlike traditional approaches that take the locality as a reference. The models we propose are based on the fact that the intake of individuals' decisions is based on their perception of the environment.This finished book on the study of the deep learning methods of Boltzmann machines restricted. After a state of the art of this family of models, we are looking for strategies to make these models viable in the application world. This last chapter is our contribution main theoretical, by improving robustness and performance of these models

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Obrecht, Christian. "High performance lattice Boltzmann solvers on massively parallel architectures with applications to building aeraulics." Phd thesis, INSA de Lyon, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00776986.

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With the advent of low-energy buildings, the need for accurate building performance simulations has significantly increased. However, for the time being, the thermo-aeraulic effects are often taken into account through simplified or even empirical models, which fail to provide the expected accuracy. Resorting to computational fluid dynamics seems therefore unavoidable, but the required computational effort is in general prohibitive. The joint use of innovative approaches such as the lattice Boltzmann method (LBM) and massively parallel computing devices such as graphics processing units (GPUs) could help to overcome these limits. The present research work is devoted to explore the potential of such a strategy. The lattice Boltzmann method, which is based on a discretised version of the Boltzmann equation, is an explicit approach offering numerous attractive features: accuracy, stability, ability to handle complex geometries, etc. It is therefore an interesting alternative to the direct solving of the Navier-Stokes equations using classic numerical analysis. From an algorithmic standpoint, the LBM is well-suited for parallel implementations. The use of graphics processors to perform general purpose computations is increasingly widespread in high performance computing. These massively parallel circuits provide up to now unrivalled performance at a rather moderate cost. Yet, due to numerous hardware induced constraints, GPU programming is quite complex and the possible benefits in performance depend strongly on the algorithmic nature of the targeted application. For LBM, GPU implementations currently provide performance two orders of magnitude higher than a weakly optimised sequential CPU implementation. The present thesis consists of a collection of nine articles published in international journals and proceedings of international conferences (the last one being under review). These contributions address the issues related to single-GPU implementations of the LBM and the optimisation of memory accesses, as well as multi-GPU implementations and the modelling of inter-GPU and internode communication. In addition, we outline several extensions to the LBM, which appear essential to perform actual building thermo-aeraulic simulations. The test cases we used to validate our codes account for the strong potential of GPU LBM solvers in practice.

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Gisselbrecht, Matthieu. "Simulation des interactions hydrodynamiques entre inclusions dans un métal liquide : établissement de noyaux d’agrégation dans les conditions représentatives du procédé de flottation." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0073.

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La propreté inclusionnaire reste un enjeu majeur en élaboration des métaux par voie liquide. La flottation, principal procédé retenu en métallurgie secondaire pour éliminer les particules d’inclusions, consiste à injecter des bulles de gaz au sein du réacteur. Lors de leur ascension, les bulles vont capter les plus grosses inclusions et favoriser la collision et l’agrégation des particules. Dans le but de quantifier les phénomènes influents à l’échelle des inclusions sur la dynamique d’agrégation entre deux inclusions à proximité des bulles, un modèle numérique 3D a été développé. L’écoulement local est modélisé par un cisaillement plan permanent et résolu par une méthode de Boltzmann sur réseau. Le couplage entre les particules et le fluide a été assuré par une méthode de frontière immergée permettant de calculer la perturbation hydrodynamique engendrée par la présence des particules et de mettre à jour les interactions entre particules pour leur suivi lagrangien. Les simulations numériques réalisées ont mis en évidence que les effets hydrodynamiques ont une influence non négligeable sur le comportement des inclusions. Des sections efficaces de collision ont pu être extraites, à partir desquelles ont été calculés des noyaux d’agrégation, données macroscopiques rendant compte des effets à petite échelle. Une première application de ce travail a été menée avec le calcul des fréquences d’agrégation d’un train de bulle dans un réacteur canal à partir de résultats de simulations DNS. Les noyaux d’agrégation ont également été exploités en vue de déterminer, à partir de résultats RANS de l’hydrodynamique d’une poche d’acier, l’évolution de la concentration d’inclusions par un bilan de population global
Inclusion cleanliness remains a major challenge faced in process metallurgy in liquid phase. Flotation, the main process used in secondary metallurgy to remove inclusions, consists in injecting gas bubbles into the reactor. Rising gas bubbles entrap the biggest inclusions at their surface or in their wake. Besides, they promote collision and aggregation among particles. A 3D numerical model has been developed in order to quantify the roles of the prevailing phenomena on aggregation dynamics between inclusions in the vicinity of bubbles. At inclusion (mesoscopic) scale, the turbulent flow is locally modeled by a steady plane shear flow which is solved using a lattice-Boltzmann method. The coupling between both liquid and solid phases is ensured using an immersed boundary method. This method resolves the hydrodynamic perturbation induced by particles, and hence their interactions that are, in turn, used to update their Lagrangian tracking. The conducted numerical simulations bring out the influence of hydrodynamic effects on inclusion behavior. Collision cross sections have been determined from which ensuing aggregation kernels have been calculated. Such cross sections could provide macroscopic models to represent local particle dynamics. A first application of these results is presented to calculate aggregation frequencies in bubble swarms in a channel flow reactor that was simulated using DNS. Additionally, evolution of inclusion populations in molten steel has been determined from RANS simulation of a liquid steel ladle by means of a global population balance implementing the aggregation kernels determined in the present work

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Chateau, Sylvain. "Simulations numériques du transport et du mélange de mucus bronchique par battement ciliaire métachronal." Thesis, Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0637/document.

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La clairance mucociliaire est un processus physico-chimique qui sert à transporter et éliminer le mucus bronchique. Pour cela, des milliards d'appendices de taille micrométrique, que l'on nomme cils, recouvrent l'épithélium respiratoire. Ces cils propulsent le mucus en suivant un motif périodique comprenant une phase de poussée où leur pointe peut pénétrer dans le mucus, et une phase de récupération où ils sont totalement immergés dans le fluide périciliaire. Un dysfonctionnement de ce processus peut engendrer de nombreux problèmes de santé. Il a été observé expérimentalement que les cils ne battent pas aléatoirement, mais synchronisent leurs battements avec leurs voisins, formant ainsi des ondes métachronales. Toutefois, les observations in vivo sont extrêmement difficiles à réaliser, et les propriétés de ces ondes restent mal connues. Dans cette thèse, nous utilisons un solveur Lattice Boltzmann - Frontière Immergée afin de reproduire un épithélium bronchique et étudier l'émergence, ainsi que les capacités de transports et de mélanges, de ces ondes
The mucociliary clearance process is a physico-chemical process which aims is to transport and eliminate bronchial mucus. To do so, billions of micro-sized appendages, called cilia, cover the respiratory epithelium. These cilia propel the mucus by performing a periodical pattern composed of a stroke phase where their tips can enter the mucus layer, and a recovery phase where the cilia are completely immersed in the periciliary liquid layer. A failure of this process may induce numerous health problems. It has been experimentally observed that cilia do not beat randomly, but instead adapt their beatings accordingly to their neighbours, forming metachronal waves. However, in vivo observations are extremely difficult to perfom, and the properties of these waves remain poorly understood. In this thesis, we use a Lattice Boltzmann - Immersed Boundary solver to reproduce a bronchial epithelium and study the emergence, as well as the transport and mixing capacities, of these waves

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Gautam, Bhavesh. "Effets collectifs des micronageurs dans les cristaux liquides nématiques." Electronic Thesis or Diss., Bordeaux, 2024. http://www.theses.fr/2024BORD0062.

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La thèse se concentre sur les effets collectifs des micro-nageurs dans les cristaux liquides nématiques. En utilisant des simulations de Boltzmann sur réseau, nous étudions un système composé de nageurs sphériques au sein d'un cristal liquide nématique. Nos résultats révèlent que le couplage entre les champs de flux du nageur et l'élasticité cristalline liquide peut déstabiliser l'alignement nématique uniforme. Dans l'espace quasi-2D, nous observons l'émergence d'une instabilité dominée par la flexion avec les propulseurs, ce qui est en accord avec les expériences de bactéries dans des films nématiques minces.Après l'ouverture de la troisième dimension, une rupture spontanée de la symétrie chirale est observée ; l'état nématique uniforme devient instable et se transforme en un état cholestérique-like (chiral), caractérisé par une torsion continue dans le champ directeur. Cela est observé à la fois pour les nageurs propulseurs (extensiles) et les nageurs tracteurs (contractiles). En analysant les déformations dans le champ directeur nématique, l'instabilité dominante est identifiée comme étant la torsion-flexion. Nos simulations démontrent que la dynamique des particules et le directeur nématique sont connectés. Dans l'état chiral, tant les nageurs propulseurs que les nageurs tracteurs présentent des trajectoires hélicoïdales.De plus, des stratégies pour contrôler la dynamique des micro-nageurs sont également étudiées. Motivés par des expériences bactériennes, nous considérons des nageurs de types propulseur et tracteur au sein de motifs nématiques. En accord avec les expériences, nos résultats montrent qu'un propulseur présente une trajectoire circulaire dans une flexion pure et une trajectoire linéaire dans un écart pur. Pour un nageur tracteur, un comportement opposé est observé. Enfin, nous explorons le transport de cargaison de particules colloïdales enchevêtrées par des défauts topologiques. Nos simulations suggèrent que le remplacement d'une colloïde passive par un nageur sphérique n'affecte pas le défaut topologique partagé et fournit une mobilité. La particule active est observée pour se lier à la cargaison via un défaut topologique. Avec un nageur propulseur, nous observons un transport guidé le long du directeur nématique, tandis qu'avec un tracteur, un transport perpendiculaire au directeur nématique est observé
The thesis focuses on the collective effects of microswimmers in nematic liquid crystals. Using lattice Boltzmann simulations, we study a system consisting of spherical swimmers within a nematic liquid crystal. Our findings reveal that coupling between the swimmer flow fields and the liquid crystalline elasticity can destabilize the uniform nematic alignment. In quasi-2D space, we observe the emergence of bend-dominated instability with pushers, which is in agreement with experiments of bacteria in thin nematic films.After opening the 3rd dimension, a spontaneous chiral symmetry breaking is observed; the uniform nematic state becomes unstable and transitions into a cholesteric-like (chiral) state, characterized by a continuous twist in the director field. This is observed for both pusher (extensile) and puller (contractile) swimmers. By analyzing the deformations in the nematic director field, the dominant instability is found to be twist-bend. Our simulations demonstrate that the particle dynamics and nematic director are connected. In the chiral state, both pusher and puller swimmers exhibit helical trajectories.Further, strategies for controlling microswimmer dynamics are also studied. Motivated by bacterial experiments, we consider swimmers of both pusher and puller types within nematic patterns. In agreement with experiments, our findings show that a pusher exhibit circular trajectory in a pure bend and linear trajectory in a pure splay. For a puller swimmer, opposite behavior is observed. Finally, we explore cargo transport of colloidal particles entangled by topological defects. Our simulations suggest that replacing a passive colloid with a spherical swimmer does not affect the shared topological defect and provides motility. The active particle is observed to bind to the cargo via a topological defect. With a pusher swimmer, we observe guided transport along the nematic director, while with a puller, transport is observed to be perpendicular to the nematic director

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Souriau, Rémi. "machine learning for modeling dynamic stochastic systems : application to adaptive control on deep-brain stimulation." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2021. http://www.theses.fr/2021UPASG004.

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Ces dernières années ont été marquées par l'émergence d'un grand nombre de base données dans de nombreux domaines comme la médecine par exemple. La création de ces bases données a ouvert la voie à de nouvelles applications. Les propriétés des données sont parfois complexes (non linéarité, dynamique, grande dimension ou encore absence d'étiquette) et nécessite des modèles d'apprentissage performants. Parmi les modèles d'apprentissage existant, les réseaux de neurones artificiels ont connu un large succès ces dernières décennies. Le succès de ces modèles repose sur la non linéarité des neurones, l'utilisation de variables latentes et leur grande flexibilité leur permettant de s'adapter à de nombreux problèmes. Les machines de Boltzmann présentées dans cette thèse sont une famille de réseaux de neurones non supervisés. Introduite par Hinton dans les années 80, cette famille de modèle a connu un grand intérêt dans le début du 21e siècle et de nouvelles extensions sont proposées régulièrement.Cette thèse est découpée en deux parties. Une partie exploratoire sur la famille des machines de Boltzmann et une partie applicative. L'application étudiée est l'apprentissage non supervisé des signaux électroencéphalogramme intracrânien chez les rats Parkinsonien pour le contrôle des symptômes de la maladie de Parkinson.Les machines de Boltzmann ont donné naissance aux réseaux de diffusion. Il s'agit de modèles non supervisés qui reposent sur l'apprentissage d'une équation différentielle stochastique pour des données dynamiques et stochastiques. Ce réseau fait l'objet d'un développement particulier dans cette thèse et un nouvel algorithme d'apprentissage est proposé. Son utilisation est ensuite testée sur des données jouet ainsi que sur des données réelles
The past recent years have been marked by the emergence of a large amount of database in many fields like health. The creation of many databases paves the way to new applications. Properties of data are sometimes complex (non linearity, dynamic, high dimensions) and require to perform machine learning models. Belong existing machine learning models, artificial neural network got a large success since the last decades. The success of these models lies on the non linearity behavior of neurons, the use of latent units and the flexibility of these models to adapt to many different problems. Boltzmann machines presented in this thesis are a family of generative neural networks. Introduced by Hinton in the 80's, this family have got a large interest at the beginning of the 21st century and new extensions are regularly proposed.This thesis is divided into two parts. A first part exploring Boltzmann machines and their applications. In this thesis the unsupervised learning of intracranial electroencephalogram signals on rats with Parkinson's disease for the control of the symptoms is studied.Boltzmann machines gave birth to Diffusion networks which are also generative model based on the learning of a stochastic differential equation for dynamic and stochastic data. This model is studied again in this thesis and a new training algorithm is proposed. Its use is tested on toy data as well as on real database

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Marquez, Martin Ivan. "Quantum walks : background geometry and gauge invariance." Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2019. http://www.theses.fr/2019AIXM0698.

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Les dénommées marches quantiques, évolutions quantiques locales sur graphes discrets, sont un outil très pratique pour simuler certains systèmes physiques. Nous nous limiterons à leur version à temps discret, les marches quantiques à temps discret (MQTD). Dans certaines limites en espace-temps continu, ces marches quantiques coïncident avec des équations d’onde pour fermions relativistes, dont l’archétype et pilier est l’équation de Dirac. Dans la présente thèse, nous poursuivons l'étude des propriétés des MQTD comme possibles schémas de simulation quantique. Nous pouvons résumer nos résultats en trois parties: i) Nous introduisons un schéma MQTD permettant de simuler, dans la limite au continu, la dynamique de fermions relativistes dans une théorie de branes; ceci ouvre la possibilité d’étudier différents modèles de théories Kaluza-Klein; ii) Nous discutons l’invariance de jauge U(1), i.e., électromagnétique, des MQTD, nous comparons notre modèle aux invariances précédemment introduites dans la littérature; notre invariance de jauge présente de fortes similitudes avec celle des théories de jauge sur réseau; iii) Nous introduisons des MQTD sur grilles non-rectangulaires, plus précisément, triangulaires et hexagonales, avec toujours comme condition de retrouver l’équation de Dirac au continuum; ces modèles peuvent être étendus au moyen d’opérateurs unitaires locaux spatio-temporelle inhomogènes et n’agissant que sur l’espace interne du marcheur, afin de générer dans la limite au continu l’équation de Dirac en espace-temps courbe
There are many problems that cannot be solved using current classical computers. One manner to approach a solution of these systems is by using quantum computers. However, building a quantum computer is really challenging from the experimental side. Quantum simulators have been capable to solve some of these problems, as they are realizable experimentally. Discrete Time Quantum Walks (DTQWs) have been proved to be an useful tool to quantum simulate physical systems. In the continuous limit, a family of differential equations can be achieved, in particular, the Dirac equation can be recovered. In this thesis we study QWs as possible schemes for quantum simulation. Specifically, we can summarize our results in: i) We introduce a QW-based model in which a brane theory can be simulated in the continuum, opening the possibility to study more general theories with extra dimensions; ii) Electromagnetic gauge invariance in QWs is discussed, presenting some similarities and differences to previous models. This QW model also makes a connection to gauge invariance in lattice gauge theories (LGT); iii) We introduce QWs over non-rectangular lattices, such a triangular or honeycomb structures, for the purpose of simulating the Dirac equation in the continuum. We also extent these models, by introducing local coin operators, that allow us to reproduce the dynamics of quantum particles under a curved space time

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Ollivier-Triquet, Emma. "Dispersion in unsaturated porous media." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2023. http://www.theses.fr/2023UPAST152.

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L'activité humaine a un impact significatif sur la vadose, une zone située au-dessus des nappes phréatiques, qui n'est que partiellement saturée en eau. La vadose peut être polluée par les activités agricoles ou industrielles, ce qui constitue une menace pour les ressources en eau. De plus, la saturation varie considérablement, notamment en raison des sécheresses plus fréquentes dues au changement climatique. Prévoir le transport de contaminants en milieux insaturées est donc essentiel. Cependant, la compréhension de la dispersion dans les milieux poreux insaturés reste limitée, en raison de l'interaction complexe des flux multiphasiques non miscibles avec le milieu poreux. Les modèles traditionnels tels que le modèle Fickien, décrit par l'équation d'Advection-Diffusion, ne parviennent pas à rendre compte avec précision de la dispersion dans les milieux poreux insaturés. L'objectif est d'aborder la question du transport dans les milieux poreux insaturés en identifiant les propriétés pertinentes à l'échelle du pore pour comprendre la dispersion à plus grande échelle. Il s'agit notamment de déterminer si la dispersion est fickienne ou non-fickienne, ce qui est crucial pour prédire la propagation des polluants. Une double approche est adoptée : des expériences de transport à l'échelle du pore et des simulations de Lattice Boltzmann. La visualisation directe des fluides dans les milieux poreux est un défi. Nous utilisons donc des micromodèles, réseaux poreux transparents interconnectés, pour permettre la visualisation optique à l'échelle du pore. Tout d'abord, un dispositif expérimental micromodèle a été établi et optimisé pour étudier l'écoulement et le transport multiphasiques. Des méthodes d'analyse ont été développées, ainsi que des techniques de caractérisation de la dispersion par l'analyse des moments spatiaux. Une première série d'expériences mène à des résultats préliminaires, l'évolution de la saturation et des distributions de phases avec le nombre capillaire a été caractérisée. Les expériences de transport réalisées pour toute la gamme de saturation montrent que la dispersion augmente à mesure que la saturation diminue. Cependant, l'analyse des faibles saturations s'est avérée difficile en raison de l'augmentation significative de la dispersion et des limites imposées par la taille du micromodèle, empêchant l'étude de la dispersion à long terme. Pour surmonter cette limitation, des simulations Lattice-Boltzmann ont été utilisées pour l'écoulement et le transport, car elles sont flexibles en taille et seulement limitées par le temps de calcul. Toutefois, simuler la distribution de deux phases après un écoulement multiphasique dans un milieu poreux complexe reste un défi. Générer des images à grande échelle de milieux poreux insaturés à partir de données expérimentales s'est donc avéré nécessaire pour observer la dispersion à temps long. Un algorithme de statistique multipoints (MPS) a été utilisé pour générer à la fois des images de milieux poreux non saturés plus larges et un grand ensemble de d'images plus petites pour augmenter la signification statistique de l'étude. Des simulations d'écoulement et de transport ont été réalisées sur l'ensemble des images générées afin d'explorer l'influence de la saturation sur l'écoulement et le transport. Cette étude révèle que la diminution de la saturation augmente de manière significative l'hétérogénéité de l'écoulement, ce qui entraîne une dispersion accrue. Notamment, la nature non fickienne de l'écoulement tend à être plus prononcée à faible saturation. De plus, la transition d'un transport fickien à un transport non fickien dépend du nombre de Peclet. Il existe une compétition entre l'advection et la diffusion dans des conditions saturées, ce qui entraîne un régime Fickien diffusif pour les faibles nombres de Peclet. Cependant, le transport en conditions non saturées est principalement advectif, même à faible nombre de Peclet, et présente donc un comportement non Fickien
Human activity has a significant impact on the vadose zone, an area located below the land surface and above the water tables, only partially saturated with water. The vadose is susceptible to pollution from agricultural or industrial activities, posing a threat to water resources. Plus, saturation levels vary greatly, especially with the increasing frequency of droughts due to climate change. Hence, predicting contaminant transport in unsaturated conditions is crucial. However, the understanding of dispersion in unsaturated porous media remains limited, due to the complex interaction of multiphase non-miscible flows with the porous medium. Traditional models such as the Fickian model, described by the Advection-Diffusion Equation, fail to accurately capture dispersion in unsaturated porous media.The objective is to address the issue of transport in unsaturated porous media by identifying relevant properties at the pore scale to understand dispersion at a larger scale. One of the goals is to determine whether dispersion follows Fickian or non-Fickian behavior, as this understanding is crucial for predicting the spreading of pollutant in the vadose zone.To investigate transport in unsaturated porous media, a dual approach is being employed: pore scale transport experiments and Lattice Boltzmann simulations. Direct visualization of fluid structure in natural porous media is challenging. Thus, we use micromodels, transparent interconnected porous networks, to enable optical visualization at the pore scale. First, a micromodel experimental setup was established and optimized to study multiphase flow and transport. Analysis methods were developed, along with techniques for characterizing dispersion through spatial moment analysis.A series of experiments were conducted to obtain initial results on multiphase flow and dispersion. The evolution of saturation and phase distributions with the capillary number was characterized. Transport experiments were performed for the entire range of saturations, showing that dispersion increases as saturation decreases. However, analyzing low saturations was challenging due to the significant increase in dispersion and limitations imposed by the micromodel size, preventing the study of long-term dispersion.To overcome this limitation, Lattice Boltzmann simulations were used for flow and transport, as there is no size limitation except for computational time. However, simulating the distribution of two phases after a multiphase flow in a complex porous medium remains challenging. Generating large-scale images of unsaturated porous media based on experimental data was then crucial for observing late-time dispersion. Machine learning techniques, specifically the Multiple Point Statistic algorithm, were employed to generate images of wider unsaturated porous media and a large dataset of smaller images to increase the statistical significance of the study.Flow and transport simulations were conducted using the generated image dataset to explore the influence of saturation on flow and transport. This involved examining flow properties under saturated and unsaturated conditions. The nature of transport, specifically whether it exhibited Fickian or non-Fickian behavior was investigated. Furthermore, the effect of the Peclet number (a measure of the balance between advection and diffusion) on dispersion for different saturation levels was analyzed.This study revealed that decreasing saturation significantly increases flow heterogeneity, leading to increased dispersion. Notably, the non-Fickian nature of flow tends to be more pronounced with low saturations. Plus, the transition from Fickian to non-Fickian depends on the Peclet number. There is a competition between advection and diffusion in saturated conditions, resulting in a diffusive Fickian regime for low Peclet numbers. However, transport in unsaturated conditions is mainly advective, even at low Peclet, and thus displays a non-Fickian behavior

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