Dynamique des écoulements urbains et récupération d'énergie

Présentation

Ce thème de recherche se consacre à l’analyse physique et la modélisation des écoulements urbains et la récupération d'énergie afin de répondre à des attentes de la société dans le domaine de l’environnement et du développement durable. La modélisation théorique et numérique de la physique des écoulements porte tant sur des cas naturels qu’expérimentaux, et plusieurs techniques de mesure dont certaines développées au laboratoire sont utilisées. Disposant de modèles et de données expérimentales ou satellitaires de première main, notre recherche vise de plus à enrichir ces modèles en intégrant analyse de sensibilité et résolution de problèmes inverses pour prendre en compte ces données. D’un point de vue applicatif, ce thème s’intéresse à l’étude des écoulements dans les réseaux d'eau, du transport solide en rivière, et de la production d'energies renouvelables.

Compréhension des mécanismes de transport sédimentaire

Pour permettre une meilleure compréhension des mécanismes de transport sédimentaire, des techniques faiblement intrusives de mesure des vitesses et de caractérisation granulométrique du transport solide dans les fluides sont développées pour étudier la réponse acoustique de différents types de particules (granulométrie et/ou composition) en laboratoire, en rivière et en réseau d’assainissement pour améliorer les dispositifs d’observation et les techniques d’analyse [2-PFFP15]. Nos travaux ont récemment porté sur la métrologie ultrasonore d’écoulements diphasiques (mouvement de bulles d’air injectées sous la coque des navires pour réduire les phénomènes de traînée) en partenariat avec Laboratory of Flow Control de l'université de Hokkaido, et sur une méthode précise de mesure de débit d’hydrocarbures dans des conduites en charge à l’aide d’ondes ultrasonores pulsées [8-Bigo13]. Les techniques de métrologie développées dans ces différents cadres bénéficient aux expériences menées sur le pilote d’inondation, et vice versa.

Dynamique et la prévision des écoulements dans les réseaux

L’étude de la dynamique et la prévision des écoulements dans les réseaux est un autre élément clé de nos recherches puisqu’elle vise à améliorer la compréhension et la modélisation du cycle de l’eau à différentes échelles temporelles et spatiales. L'équipe s'appuie sur des pilotes performants faits in situ. Un des verrous scientifiques majeurs est l’identifiabilité de paramètres hydrauliques dans divers contextes observationnels. Cette thématique nécessite des modèles performants, des jeux de données in situ et des techniques d’assimilation de données. Des modèles de complexités échelonnées sont étudiés dans l’équipe pour plus de flexibilité, de précision ou de rapidité dans la modélisation d’un problème donné, que ce soit en simulation ou pour la résolution de problèmes inverses. Nos modèles impliquent généralement un grand nombre de paramètres, de conditions initiales et de conditions aux limites, et produisent souvent des résultats de grande dimension spatiale et/ou temporelle. Ces modèles n’étant qu’une représentation du réel et les paramètres physiques étant souvent connus de manière incertaine, la modélisation seule ne parvient généralement pas à quantifier précisément l'impact d'une perturbation de tel ou tel paramètre sur le système étudié. L’utilisation de l’analyse de sensibilité, de l’optimisation numérique et de l’assimilation de données permet de mieux appréhender les modèles, de les confronter à des données pour combler l’écart entre modélisation et phénomènes réels.

Energies renouvelables : conversions de l'énergie hydraulique

Actuellement sous-exploitée, la conversion de l’énergie hydraulique en énergie électrique par le biais de micro-centrales recèle un potentiel de production d'hydroélectricité important. Ce sujet de recherche est abordé de manière expérimentale et numérique pour affiner les performances de l'exploitation soit de l'énergie potentielle d’une vis d’Archimède ou d'une roue à aubes soit de l'énergie cinétique par une aile oscillante ou une turbine en charge. L’étude de la vis d’Archimède utilisée en tant que turbine a permis l’émergence de plusieurs nouveaux modèles  : modèle théorique liant les performances de la vis à sa géométrie et aux paramètres d’écoulement, modèle équivalent des débits de fuite, modèle du contrôle aval induit par une vis sur un cours d’eau. Le prototype de cylindre oscillant, récupération d’énergie basée sur les vibrations induites par vortex, est en cours de développement.