Contribution au développement d'algorithmes de couplage en interaction fluide-structure

Ce mémoire est une contribution aux études de problèmes d'Interaction Fluide-Structure (IFS). Le code Castem est utilisé afin de créer un outil numérique libre et accessible pour traiter, dans sa globalité, le problème de modélisation d'un barrage ou réservoir souple flottant. Dans un premier temps, nous avons effectué la validation de Castem en absence de couplage fluide-structure. Nous avons considéré une discrétisation spatiale en éléments finis des équations de Navier-Stokes adimensionnelles, le schéma d'Euler implicite pour la discrétisation en temps et la méthode de projection pour le couplage vitesse-pression. La validation s'est portée sur des cas d'écoulement laminaire autour d'un cylindre de section circulaire et carrée. Les résultats obtenus (nombre de Strouhal, coefficients de traînée et de portance, ) sont très proches des résultats expérimentaux ou issus d'autres calculs numériques réalisés avec d'autres codes de calcul. Ensuite, nous avons procédé à la mise en œuvre des algorithmes de couplage Fluide-Structure sur plusieurs configurations, en laissant les mêmes caractéristiques des schémas de discrétisation des équations du fluide que précédemment. Dans ce cas, on utilise la formulation ALE pour les équations du fluide. Nous avons étudié les oscillations, forcées et libres, d'un cylindre dans un domaine fluide annulaire, en considérant les cas d'un fluide parfait puis d'un fluide visqueux. Dans le cas des oscillations forcées où le mouvement harmonique du cylindre est imposé, les résultats obtenus (coefficient de masse ajoutée, efforts fluides sur le cylindre, ) comparés aux résultas données par les modèles de Fritz, dans le cas d'un fluide non visqueux, et Sinyavaski ou Chen, dans le cas d'un fluide visqueux, sont assez précis. Dans le cas des oscillations libres où le mouvement du cylindre est déterminé par l'action couplée fluide-solide, nous avons constaté que l'algorithme de couplage implicite est celui qui prédit le mieux les oscillations de la structure. Nous étions néanmoins contraint d'introduire des sous-pas de temps pour le solide afin d'obtenir de meilleurs résultats. Le code développé dans Castem, a été aussi testé avec succès pour prédire les phénomènes liés au cas d'un cylindre en oscillations dans un écoulement laminaire incompressible (accrochage fréquentiel, modes d'émission de tourbillons, ).Pour l'application, une configuration proche de l'objectif initial de la thèse, qui est la modélisation des barrages flottants et réservoirs souples, a été traitée. L'objet de cette application est l'étude du déplacement d'un anneau complètement immergé dans un fluide en écoulement laminaire et amarré par un câble à la paroi inférieure du domaine fluide. Enfin, une introduction à une méthode de réduction de modèle en Interaction Fluide-Structure, la POD, est présentée. Il s'agit d'une méthode déjà utilisée en mécanique des fluides et en mécanique des structures mais en stade de développement en IFS. Elle a été appliquée à certaines configurations étudiées précédemment et les résultats obtenus sont prometteurs.LA ROCHELLE-BU (173002101) / SudocSudocFranceF