Soutenance d'HDR d'Antoine DUCOIN

Résumé :

Cette habilitation à diriger les recherches résume les travaux que j’ai effectués depuis ma thèse de doctorat soutenue en fin 2008, jusqu'à ceux menés actuellement à l'Ecole Centrale de Nantes en qualité de maître de conférences. Les thématiques de recherches abordées s'orientent autour de l'analyse physique des interactions fluides structures autour des structures portantes en hydrodynamique. Plus précisément, ces recherches ont amené des contributions relatives à l’étude des écoulements en proche paroi instables (de type cavitation et transition laminaire turbulent), et leur interaction avec des structures portantes dites flexibles en matériaux plastique et composite. Au niveau des méthodes de recherche, une approche jointe expérimentale et numérique est adoptée, permettant l'observation, l'analyse et l'interprétation des physiques en question. Une démarche commune aux différents projets est adoptée, visant à caractériser les régimes d'écoulements et d'évaluer leur impact sur les performances de structures dites rigides; puis d'appliquer des méthodes d'interaction fluide structure sur des pales à géométrie identique, mais présentant un plus haut degré de flexibilité. Les domaines de recherches peuvent être académiques et industriels, ce qui induit un degré de complexification adapté en fonction du cas traité, que ce soit sur les aspects géométriques (de géométries d'hydrofoil aux pales 3D), ou encore sur le type de résolution numérique (de la modélisation RANS à la résolution directe de l’écoulement, de la modélisation éléments finis à des modèles simplifiés pour la structure ...).

Une partie des travaux est liée aux recherches sur les hydrofoils assimilés à des géométries de pales simplifiées, en régime de rotation forcé de type transitoire, initiés en thèse (2005-2008) avec des méthodes expérimentales en tunnel de cavitation et des méthodes numériques Navier Stokes de type RANS, modélisant uniquement l’écoulement. On s’intéresse ici au comportement de la cavitation, de la transition laminaire turbulent et du décollement massif de couche limite en réponse à un régime transitoire et aux déformations de la pale. Les aspects liés à la cavitation ont ensuite été approfondit à l'Université du Michigan en post doctorat (2010-2012) par le biais de simulations numériques couplées fluide structure.

Les aspects liés à la transition laminaire turbulent ont été poursuivis expérimentalement juste après la thèse, puis approchés numériquement par une méthode de résolution directe pour l’écoulement (code DNS) depuis le poste d'ATER (2012-2013), puis à Centrale Nantes de 2013 à maintenant, où une méthode de couplage fluide structure est intégrée au code DNS. Ces travaux participent au développement d’une thématique de recherche autour des vibrations induites par la transition laminaire turbulent sur les structures portantes dans le domaine de l’hydrodynamique.
Le dernier aspect des recherches exposées concerne les études applicatives que nous menons au sein du laboratoire LHEEA. Elles introduisent la mise en oeuvre d’expériences dans les grandes installations expérimentales de Centrale Nantes (Canal de recirculation, bassin de traction), permettant d’effectuer des campagnes d’essais sur des machines tournantes en rotation, et l’application des méthodes numériques énoncées, sur des cas plus industriels. Elles se composent de deux parties : d’une part, l’étude des hélices marines avec comme objectif double le développement de pales flexibles en composite et l’étude des interactions fluide-structure qui en découle; et d’autre part les turbines à conversion d'énergie (éolien, hydrolien) et notamment la prédiction de l'écoulement de couche limite instable sur les pales par des méthodes de résolution directe.

Les travaux présentés ont été pour partie réalisés via des encadrements ou des co-encadrements de stagiaires, de doctorants et de post doctorants.

Composition du jury

Rapporteurs

• Pascal Casari  Professeur, laboratoire GeM, UMR 6183, Université de Nantes
• Olivier Coutier-Delgosha  Associate Professor, Virginia Tech University, USA
• Uwe Ehrenstein  Professeur, laboratoire M2P2, UMR7340, Aix-Marseille Université

Examinateurs

• Jacques André Astolfi  Professeur, laboratoire IRENav, EA3634, Ecole Navale, Brest
• Jean-François Sigrist  Consultant, HDR, eye-pi, Tours
• Michel Visonneau  Directeur de Recherche, Laboratoire LHEEA ,CNRS UMR 6598, Centrale Nantes

Membre invité

• Jean-Christophe Robinet  Professeur, laboratoire Dynfluid, EA92, Arts et Métiers Paristech