Contrôle électromagnétique d'écoulements : études expérimentale et numérique sur le forçage d'écoulements initialement au repos et en tunnel hydrodynamique

Electromagnetic flow control in seawater allows to modify the flow by means of a Lorentz-Laplace field of force. This body force is produced by electromagnetic actuators, constituted by wall-flushed permanent magnets and electrodes, which can be associated in network and periodically excited, both in time and space. Within the framework of this study, we have conducted an experimental and numerical investigation on the effect of the electromagnetic forcing on a flow initially at rest and on a flow in a water tunnel. Both types of the studied electromagnetic actuators, normal and parallel, showed that the flow is strongly modified by the forcing, and even that it results completely from it. The obtained results allowed to characterize these modifications and demonstrate, specially for flows initially at rest, the strong sensitivity of the flow to the actuators geometry. A set of objective criteria based on integral quantities has been proposed, which allows to fix objectively the scales of the electromagnetic forcing in terms of length, time, acceleration and velocity, but also those of the flow, as for instance the actuation zone and the local propulsive balances. The experimental results, obtained by means of flow visualization techniques and particle image velocimetry measurements, allowed to validate the analytical models used for the calculation of the field of force. This validation is based on the excellent agreement obtained between numerical simulations and experiments, for the cases of flow initially at rest.Le contrôle électromagnétique d'écoulements en eau de mer permet de modifier l'écoulement à l'aide d'un champ de force de Lorentz-Laplace, produit par des actionneurs électromagnétiques affleurants à la paroi. Ces actionneurs sont constitués d'aimants permanents et d'électrodes pariétales, qui peuvent être associés en réseau et excités périodiquement, dans le temps et dans l'espace. Dans le cadre de ce travail, nous avons mené une étude expérimentale et numérique sur l'effet du forçage électromagnétique sur un écoulement initialement au repos et sur un écoulement en tunnel hydrodynamique. Les deux types d'actionneurs étudiés, normal et parallèle, ont montré que l'écoulement est largement modifié par le forçage, voire même qu'il résulte entièrement de celui-ci. Les résultats obtenus ont permis de caractériser ces modifications et démontrent, en particulier pour des écoulements initialement au repos, la grande sensibilité de la réponse de l'écoulement à la géométrie des actionneurs. Un ensemble de critères objectifs basés sur des bilans intégraux a été proposé. Celui-ci permet de fixer objectivement les échelles du forçage électromagnétique en terme de longueur, de temps, d'accélération et de vitesse, mais aussi celles de l'écoulement, comme la zone d'action et les bilans propulsifs locaux. Les résultats expérimentaux, obtenus à l'aide de techniques de visualisation et de vélocimétrie par image de particules, ont permis de valider les modèles analytiques utilisés pour le calcul du champ de forces. Cette validation repose sur l'excellent accord obtenu entre les simulations numériques et les expériences, pour les cas d'écoulements initialement au repos