De fils en images l’apport des modèles pour mesurer et reconstruire le mouvement des écoulements turbulents

This manuscript presents a synthesis of my research activities since I have been recruited at Irstea. It outlines fifteen years of work to catch the dynamics of turbulent flows by combining metrology, simu- lations and advanced signal processing methodologies. The first chapter presents, the research and the methodological developments to dis- criminate the most energetic structures from PIV and DNS fields into non-canonical turbulent flows that can be found in air conditioning. In a second chapter a hot-wire anemometry technique giving simultaneous velocity and temperature measurements is presented. The third chapter details how the optical flow paradigm can be exploited to fluid flow measurements instead of correlation techniques classically used in PIV. To estimate the motion vector fields from image sequences, the different classes of problems to be solved are explained. The last chapter exhibits the potentiel given by image data assimilation for the development of the future measurement and simulation techniques. To progressively reconstruct 3D realistic turbulent flows, two first applications are presented and perspectives are proposed.Ce mémoire présente une synthèse de mes travaux de recherche effectués depuis mon recrutements à Irstea. Il retrace quinze années de travaux visant à saisir la dynamique turbulente dans les fluides en combinant métrologies, simulations et méthodes de traitement du signal avancées. Un premier chapitre présente les actions de recherche et les développements méthodologiques visant à discriminer à partir de champs PIV et DNS les structures énergétiquement dominantes dans une série d’écoulements turbulents non-canoniques que l’on trouve dans les applications aérauliques. Le second chapitre présente le développement d’une technique d’anémothermométrie permettant la mesure simultanée de la vitesse et de la température. Le troisième chapitre détaille l’exploitation du paradigme du flot optique pour la mesure du mouvement fluide en lieu et place des techniques de corrélation classiquement utilisées en PIV. Les différentes classes de problèmes à résoudre pour déterminer le champ vectoriel de la vitesse d’un écoulement turbulent à partir de l’analyse d’une séquence d’images d’un scalaire sont explicitées. Enfin le quatrième chapitre, ex- pose le potentiel offert par l’assimilation de données pour développer les futures techniques de mesures et de simulations. Deux premières applications sont présentées pour aller progressivement vers la reconstruction 3D réaliste des écoulements turbulents