Contribution à la modélisation des interactions fluides-structures

The main goals sought by this thesis target the development and expertise of a methodologyfor numerical simulation of fluid-structure interactions problems. In order to identify thestudied problem progressively, we are interested primarily in numerical simulation of flowsaround bluff bodies, especially the phenomenon of vortex shedding in the wake zone of abluff body of different shapes. We used the finite element method by adopting the stabilizedGLS (Galerkin Least-Square) technique. For the treatment of turbulence, we opted the LES(Large-Eddy Simulation) method using the Smagorinsky filter. In the second phase, we wereinterested in flows in deformable media. We undertook the ALE (Arbitrary LagrangianEulerian) formulation by considering a deformable mesh. To update the grid of the dynamicmesh, we used a pseudo-elastic approach. To appraise the implemented methodology, wedecided to approach the problem of sloshing at the free surface of a tank partially filled withliquid. In the final part, we were interested in vibration behavior of a solid body under theeffect of fluid flow. By using a fully implicit coupling algorithm based on a relaxed BlocGauss-Seidel method, we studied the phenomenon of aeroelastic instability of cable-stayedbridges. To validate the numerical model treating fluid-structure interactions by experimentaldata, we investigated the vibration behavior of a real deck sectional model under the effect ofa uniform wind.Les buts principaux recherchés de la présente thèse visent au développement et à l’expertised’une méthodologie de simulation numérique des problèmes d’interactions fluides-structures.Afin de cerner progressivement le problème étudié, nous nous sommes intéressés en premierlieu à la simulation numérique des écoulements autour d’obstacles solides, plusparticulièrement au phénomène d’éclatements tourbillonnaires dans la zone de sillaged’obstacles de différentes formes. Nous avons utilisé la méthode des éléments finis enadoptant la technique de stabilisation GLS (Galerkin Least-Square). Pour le traitement de laturbulence, nous avons opté pour la méthode LES (Large-Eddy Simulation) en utilisant lefiltre de Smagorinsky. En deuxième phase, nous nous sommes intéressés aux écoulements enmilieux déformables. Nous avons entrepris la formulation ALE (Arbitrairement LagrangienneEulérienne) en considérant un maillage déformable. Pour la mise à jour de la grille dumaillage dynamique, nous avons utilisé une approche pseudo-élastique. Afin d’expertiser laméthodologie mise en œuvre, nous avons choisi d’aborder le problème des ballottements à lasurface libre de réservoirs partiellement remplis de liquide. En dernière partie, nous noussommes intéressés au comportement vibratoire d’un corps solide sous l’effet d’un écoulementde fluide. Par l’utilisation d’un algorithme de couplage totalement implicite basé sur laméthode de Gauss-Seidel par Bloc, nous avons abordé le phénomène des instabilitésaéroélastiques des ponts à haubans. Pour la validation du modèle numérique traitant lesinteractions fluides-structures par les données expérimentales, nous nous sommes intéressésau comportement vibratoire d’une maquette sectionnelle d’un tablier de pont réel sous l’effetd’un vent soufflant uniforme