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Parcours de recherche

"Développement d’un Vélocimètre Doppler Laser en application de l’étude du champ des vitesses autour d’un cylindre placé dans un canal à houle" – Hanovre, Allemagne – 1996/1997

Le service au titre de la coopération (18 mois) m’a offert une grande opportunité de commencer un travail de recherche au sein de l’institut Franzius (Laboratoire pour l’Hydraulique et le Génie Côtier).

Le sujet de recherche, financé par la commission Européenne ("Human Capital and Mobility"), consistait en la mise au point et en l’application d’un système de mesure de vitesses dans un canal à houle.

La première phase de ce projet est composée par :
- la mise au point du système à Vélocimétrie Doppler à Laser,
- le couplage avec un nouveau système à fibres optiques,
- la conception et la mise au point d’un système interne de mesure des vitesses près d’une structure.

La deuxième phase de l’étude concerne l’expérimentation à proprement dite, c’est-à-dire la définition des conditions de houle, l’acquisition des vitesses autour du cylindre placé dans le canal ainsi que la validation du système interne.

"Etude de l’érosion à grande échelle autour d’un cylindre horizontal placé sur le fond d’un canal à houle"– Hanovre - 1997

Cette activité a consisté à fournir un support technique et scientifique au sein du programme européen PECO (Pays d’Europe Centrale et Orientale) en collaboration avec l’université de Gdansk (Pologne).

Cette étude a permis d’étudier l’érosion provoquée par un cylindre horizontal placé sur fond sableux et soumis à un régime de houle (échelle 1 – ‘GWK’ d’Hanovre).

"Etude expérimentale de la couche limite générée par la houle autour d’un cylindre" – Thèse de Doctorat - Université de Caen – 1998/2001

Le sujet de la thèse concernait l’étude de la couche limite générée par la houle autour d’un cylindre horizontal. Ces travaux expérimentaux avaient pour but de mieux comprendre les phénomènes hydrodynamiques apparaissant lorsqu’un cylindre est soumis à un régime de houle.

De plus, l’exploitation de ces résultats trouvent une importance pratique pour le comportement des conduites sous-marines. Pour réaliser cette étude, deux dispositifs expérimentaux ont été utilisés pour étudier les effets d’échelles (canaux à houle d’Hanovre et de Caen). En l’absence de cylindre, l’évolution de la couche limite sur le fond en fonction de la phase met en évidence quatre types de profils de vitesse.

De plus la théorie de Lamb modifiée pour les circonstances (régime de houle avec plusieurs harmoniques) permet de trouver un bon accord avec les résultats expérimentaux. L’analyse des visualisations pour un grand nombre de conditions de houle a permis de classifier différents régimes de détachements tourbillonnaires.

Ces résultats ont fait l’objet d’une publication (Mouazé et Bélorgey, 2003). Enfin l’évolution de la couche limite autour du cylindre a été étudiée pour différentes conditions d’écoulement et permet de mieux comprendre l’influence du fond marin ou des effets d’échelles.

"Etude de l’écoulement laminaire perturbé autour d’un cylindre en oscillations"– Université de Southampton – 2001

En 2001, un poste d’assistant de recherche au sein du département Hydraulique de l’Université de Southampton m’a permis de réaliser un projet de recherche sous la tutelle du professeur J. Chaplin.

L’étude avait pour but de mettre en évidence les instabilités du sillage générées autour d’un cylindre oscillant dans un fluide au repos ou en présence d’un courant. Ce phénomène représente un problème fondamental pour les mécaniciens des fluides (développement des instabilités) mais trouve aussi de nombreuses applications pratiques quant à l’interaction d’un fluide et d’une structure (‘riser’, plates-formes pétrolières,…).

Afin de prédire le comportement de structures soumises à l’excitation de la houle, un système expérimental a été conçu pour mesurer l’amortissement d’un cylindre en oscillations.

Le programme de travail a consisté en :
- la conception et la construction d’un système excitateur pour générer l’oscillation de la structure,
- des visualisations de l’écoulement afin de qualifier les instabilités tridimensionnelles (vortex de Görtler),
- la mesure et l’analyse de l’amortissement des forces induites par le fluide sur le cylindre.

L’analyse des mesures et des visualisations a permis de montrer un désaccord avec des résultats expérimentaux publiés jusqu’à présent alors qu’elle montre une très bonne concordance avec la théorie. L’accumulation d’une certaine expérience avec le dispositif expérimental a montré que, malgré l’extrême précision du montage (coussin d’air, mesures sans contact, réduction de l’effet de la surface libre), les mesures restaient sensibles aux conditions extérieures.

"Dynamique de la turbulence à l’interface air-eau" - Université de Southampton – 2002/2004

L’objectif de cette étude était de qualifier (à partir de visualisations) et de quantifier (à partir de mesures) les caractéristiques d’un écoulement turbulent à la surface libre d’une houle déferlante. Pendant ce projet, nous avons utilisé l’écoulement dans un ressaut hydraulique comme une solution pratique pour représenter un déferlement glissant. Un nombre important de données a également été collecté dans le cas d’un jet horizontal turbulent placé sous une surface libre.

De nombreux travaux ont ainsi été réalisés :
- mesures de la fraction d’air, de la fréquence des bulles et de la taille des bulles dans un ressaut hydraulique à l’aide de sondes optiques,
- mesures de l’élévation de la surface libre avec deux sondes résistives miniatures,
- mesures des vitesses moyennes et de leurs fluctuations avec un système LDV dans un jet immergé et pour trois conditions différentes d’immersion,
- analyse d’image pour déterminer les échelles de turbulence,
- analyse vidéo de la dynamique du front du ressaut

Ainsi, les résultats publiés dans le journal ‘Multiphase Flow’ (Murzyn, Mouazé, Chaplin, accepté) ont montré principalement que, dans un ressaut hydraulique, la fraction d’air était dominée par une zone de cisaillement prés du fond alors que la ‘partie haute’ était contrôlée par les interactions à l’interface eau-air.

L’ensemble des résultats a permis d’étendre les connaissances de ces écoulements pour des conditions de Froude plus faibles que celles généralement étudiées dans la littérature. Ces travaux ont également validé l’utilisation d’une nouvelle technique de mesure prometteuse en écoulement diphasique.