Dissertations / Theses on the topic 'Instabilité transversale'

Les besoins énergétiques de la population mondiale ne cessent d’augmenter. Les prévisions indiquent par exemple une forte croissance de la demande du secteur du transport aéronautique. La recherche de systèmes toujours plus performants et moins polluants est nécessaire. Des nouveaux concepts pour la combustion ont été mis au point et appliqués aux turbines à gaz. Parmi eux il existe ceux basés sur la combustion en prémélange pauvre ou en prémélange pauvre pré-vaporisé dans le cas où le carburant utilisé est liquide. Les nouveaux systèmes énergétiques basés sur la combustion en régime pauvre sont prometteurs pour satisfaire les futures normes d’émissions polluantes, mais ils sont plus sensibles aux instabilités de combustion qui limitent leur plage de fonctionnement et peuvent détériorer irréversiblement ces systèmes. Dans ce domaine il reste des questions à aborder. En particulier celle du comportement des flammes tourbillonnaires en combustion diphasique soumises à des perturbations acoustiques. La plupart des moteurs aéronautiques utilisent des flammes de ce type, cependant leur dynamique et leurs interactions mutuelles, quand elles subissent les effets d’une perturbation acoustique, sont loin d’être bien comprises. Ce travail aborde ces questions et apporte des éléments de compréhension sur les mécanismes pilotant la réponse de l’écoulement diphasique et de la flamme, ainsi que des éléments de validation des modèles de prédiction des points de fonctionnement instables. TACC-Spray est le banc expérimental utilisé pour ce travail. Il a été conçu et développé au sein du laboratoire CORIA lors de ce doctorat qui s’inscrit dans le cadre du projet ANR FASMIC. Le système d’injection qui équipe ce banc expérimental reçoit trois injecteurs tourbillonnaires alimentés en combustible liquide (ici n-heptane), développés par le laboratoire EM2C. Ils sont montés en lignes dans le banc, celui-ci représentant ainsi un secteur d’une chambre annulaire. Le montage étant complexe et nouveau, un travail de développement de solutions techniques a été fait pour rendre possible l’équipement du TACC-Spray avec des capteurs de pression, température, photomultiplicateur ainsi que des diagnostiques optiques performants (e.g. LDA, PDA, imagerie à haute cadence). Pour cette étude, le système énergétique, composé par l’écoulement diphasique et la flamme, a été soumis à l’impact d’un mode acoustique transverse excité dans la cavité acoustique. La réponse du système a été étudiée en fonction de son positionnement dans le champ acoustique. Trois bassins d’influence du champ acoustique sur le système énergétique ont été choisis, à savoir: (i) le ventre de pression acoustique caractérisé principalement par des fortes fluctuations de pression, (ii) le ventre d’intensité acoustique présentant de forts gradients de pression et vitesse acoustique, (iii) le ventre de vitesse acoustique avec de fortes fluctuations de vitesse où la fluctuation de pression est résiduelle. L’approche de cette étude a consisté à étudier en premier lieu le système de référence en absence de forçage acoustique, les résultats sont recueillis dans la Partie I de ce manuscrit. En deuxième lieu le système énergétique est placé à chacune des positions d’intérêt dans le champ acoustique et la réponse de l’écoulement d’air sans combustion, la réponse de l’écoulement diphasique avec combustion et finalement celle des flammes, sont étudiées systématiquement. Les résultats de l’étude avec forçage acoustique sont rassemblés dans la Partie II du manuscrit<br>The energy needs of population around the word are continuously increasing. For instance, forecasts indicates an important grow of the request of the aeronautic transportation sector. It is necessary to continue the research efforts to get more performants and less contaminating systems. New concepts for combustion have been developed and introduced to the gas turbine industry. Among these concepts it is found technologies based on lean-premixed combustion or lean-premixed prevaporized combustion when liquid fuels are employed. These novel energetic systems, making use of lean combustion, are promising to meet the future norms about pollutant emissions, but this make them more sensitive to combustion instabilities that limit their operating range and can lead to irreversible damage. In this domain, many questions still need to be considered. In particular that of the behavior of two-phase flow swirling flames subjected to acoustic perturbations. Indeed most of aero-engines operate with this type of flames, but the dynamics and mutual interaction of these flames, as they are submitted to acoustic perturbation, are not yet well understood. This work addresses these issues and gives some understanding elements for the mechanisms driving the response of the flow and of the flame to acoustic perturbations and delivers data to validate models predicting unstable operating points.The experimental bench employed for this work is TACC-Spray. It has been designed and developed in the CORIA laboratory during this PhD thesis which is inscribed in the framework of the ANR FASMIC project. The injections system that equips this bench is composed by three swirled injectors fed with a liquid fuel (here n-heptane), developed by the EM2C laboratory. They are linearly arranged in the bench such that this represents an unwrapped sector of an annular chamber. The setup, being new and complex, needed technical solutions developed during this work and applied then in order to equip TACC-Spray with pressure and temperature sensors, a photomultiplier as well as adequate optic diagnostics (LDA, PDA, high speed imaging systems). In this study, the energetic system, composed by the two-phase swirling flow and the spray flame, has been submitted to the impact of a transverse acoustic mode excited within the acoustic cavity. The system response has been studied as a function of its location in the acoustic field. Three basins of influence of the acoustic field on the energetic system have been chosen, namely: (i) the pressure antinode characterized mainly by strong pressure fluctuations, (ii) the intensity antinode where important acoustic pressure and velocity gradients are present, (iii) the velocity antinode with strong velocity fluctuations where the acoustic pressure is residual. The approach of the study presented here is to investigate in first place the energetic system free of acoustic forcing. The results concerning this first study are presented in the Part I of this manuscript. In second place, the energetic system is placed in each of the location of interest within the acoustic field and the response of the air flow without combustion, that of the two-phase flow with combustion and finally that of the spray flames, are systematically investigated. The results of the study under acoustic forcing are shown in Part II of the manuscript

Les équations de Kadomtsev-Petviashvili (KP) décrivent les ondes de faible amplitude et de grande longueur se déplaçant à la surface de l'eau, principalement dans la direction (Ox). Quant à l'équation de Benjamin-Ono (BO), elle décrit de telles ondes se déplaçant à l'intérieur de l'eau. On s'intéresse à ces équations vue en tant qu'équations de type Benjamin-Bona-Mahony (BBM).<br />Notre travail se divise alors en trois parties. Dans la première partie, on rappelle la modélisation des différentes équations. On montre plus particulièrement que les modèles BBM s'obtiennent à partir du principe fondamental de la dynamique via une analyse asymptotique. On compare alors les solutions des équations de KP, respectivement de BO, avec les solutions des équations de type BBM.<br />Dans la seconde partie, on s'intéresse à certaines propriétés qualitatives des équations généralisées de type BBM. Des résultats de prolongement en temps des bornes sur les normes de Sobolev, de décroissance en temps et de prolongement unique des solutions sont établis.<br />Enfin, on termine avec une étude numérique des solutions des équations KP généralisées en dimension 3 d'espace. Dans cette dernière partie, en collaboration avec F. Hamidouche et S. Mefire, on inspecte numériquement les phénomènes de dispersion, d'explosion en temps fini, de comportement solitonique et d'instabilité transversale.

Les instabilités haute fréquence dans les moteurs fusées impliquent un couplage entre l’acoustique du foyer et la combustion. Cette étude porte sur l’influence d’un champ traverse sur le processus d’atomisation d’un jet liquide assisté par air. Un injecteur coaxial est placé à un ventre de pression (VP) ou de vitesse (VV) d’une onde plane stationnaire limitée à des fluctuations de 3600 Pa. En VP, l’onde impose à l’écoulement gazeux annulaire une modulation pouvant conduire à l’émission d’intenses vortex, permettant au jet liquide de développer une instabilité précoce de type cisaillement. En VV, des effets non linéaires de pression de radiation provoquent l’aplatissement en nappe du corps continu liquide du jet. Un critère, basé sur un nombre de Bond de radiation, détermine son apparition. Elle s’atomise sous l’action d’instabilités intrinsèques de nappe, de Faraday et de rupture de membranes. Enfin, l’acoustique impose à certaines gouttes de rester ou revenir au ventre de vitesse<br>High frequency combustion instabilities ( ˜few kHz) in rocket engines imply a coupling between chamber acoustics and combustion. This study debates on the influence of a transverse acoustic field on the atomization of an air-assisted jet. A coaxial injector is placed at a pressure anti-node (PA) or velocity anti-node (VA) of a stationary plane acoustic wave with maximum fluctuation of 3600 Pa. At hte Pa, the acoustic wave modulates the annular gaseous flow and can induce the emission of intense vortices, which leads to a early shear-stress instability. Placed at a VA, non linear effects due to radiation pressure flattened the jet under the form of a sheet. A criterion, established from a radiation acoustic Bond number, determines its apparition. The sheet is atomised under the action of intrinsic sheet instabilities, Faraday instability and break-up of membranes. Acoustic effects organize the spray: amass and low speed droplets stay or go to the velocity anti-node

Velocity-coupled combustion instability is a major issue facing lean combustor design in modern gas turbine applications. In this study, we analyze the complex acoustic field excited by a transverse acoustic mode in an annular combustor. This work is motivated by the need to understand the various velocity disturbance mechanisms present in the flame region during a transverse instability event. Recent simulation and experimental studies have shown that much of the flame response during these transverse instabilities may be due to the longitudinal motion induced by the fluctuating pressure field above the nozzles. This transverse to longitudinal coupling has been discussed in previous work, but in this work it is given a robust acoustic treatment via computational methods in order to verify the mechanisms by which these two motions couple. We will provide an in-depth discussion of this coupling mechanism and propose a parameter, Rz, also referred to as the Impedance Ratio, in order to compare the pressure/velocity relationship at the nozzle outlet to quasi one-dimensional theoretical acoustic approximations. A three-dimensional inviscid simulation was developed to simulate transversely propagating acoustic pressure waves, based on an earlier experiment designed to measure these effects. Modifications to this geometry have been made to account for lack of viscosity in the pure acoustic simulation and are discussed. Results from this study show that transverse acoustic pressure excites significant axial motion in and around the nozzle over a large range of frequencies. Furthermore, the development of Rz offers a defined physical parameter through which to reference this important velocity-coupled instability mechanism. Therefore, this study offers an in-depth and quantifiable understanding of the instability mechanism caused by transversely propagating acoustic waves across a combustor inlet, which can be applied to greatly improve annular combustor design in future low-emissions gas turbine engines.

Das Auftreten kohärenter Schwingungen gekoppelter Teilchenpakete führt in modernen Elektronenspeicherringanlagen zu einer wesentlichen Beeinträchtigung ihrer Leistungsfähigkeit als Synchrotronstrahlungsquelle. Diese Instabilitäten können in longitudinaler und transversaler Richtung auftreten und führen neben der Verminderung der Brillanz des Synchrotronlichts im ungünstigsten Fall zum Strahlverlust. Das wirkungsvollste Instrument zur Beherrschung der Instabilitäten ist ein Rückkoppelsystem (Feedbacksystem), welches die angeregten Schwingungsamplituden detektiert und dämpft. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Auslegung, der Entwicklung und der Inbetriebnahme zweier von ihrem Aufbau her völlig unterschiedlicher Systeme zur Korrektur von longitudinalen Synchrotronschwingungen und transversalen Betatronschwingungen. Dabei schließt das transversale Feedbacksystem sowohl die horizontale als auch die vertikale Strahlachse ein. Beide Systeme beschränken sich nicht auf die Dämpfung bestimmter Schwingungsmoden, sondern sind so ausgelegt worden, daß alle Teilchenpakete unabhängig voneinander stabilisiert werden. Innerhalb von zwei Jahren konnten alle relevanten Komponenten entwickelt, gebaut und in Betrieb genommen werden. Im Rahmen dieser Arbeit wird auf den Aufbau und die Funktionsweise wichtiger Systembausteine eingegangen und der Prozeß der Inbetriebnahme der Feedbacksysteme erläutert. Meßresultate belegen die Effizienz beider Systeme, die im Nutzerbetrieb kontinuierlich zur Dämpfung von Instabilitäten bei Strömen bis zu 220 mA eingesetzt werden. Der durch die Inbetriebnahme der Rückkoppelsysteme gewonnene Nutzen für die Experimentatoren konnte im Rahmen dieser Arbeit nachgewiesen werden. Damit verfügt BESSY-II über leistungsfähige Feedbacksysteme, die kohärente Schwingungen aller Phasenraumkoordinaten dämpfen und damit die Anforderungen an die Quellgröße einer Synchrotronstrahlungsquelle der 3. Generation gewährleisten.<br>The appearance of coherent coupled bunch oscillations in modern electron storage rings contributes to a significant reduction of the performance as a synchrotron light source. These instabilities occur in longitudinal as well as in transversal directions and lead to a reduction of brilliance and in the worst case to beam loss. The most effective tool for controlling the instabilities is a feedback system, which detects and damps the excited oscillation amplitudes. This thesis describes the development, installation and commissioning of two completely different systems for damping of longitudinal synchrotron oscillations and transversal betatron oscillations. The transverse feedback system incorporates the horizontal as well as the vertical beam direction. Both systems are not restricted to damping certain modes of oscillation, but have been designed for the independent stabilization of all bunches separately. All components have been designed, built and commissioned within two years. In the scope of this thesis the development and the functionality of important components will be explained and the process of commissioning will be described. Measurements emphasize the efficiency of both systems, which are being used continuously for damping instabilities during user operation up to currents of 220 mA. In the scope of this thesis the improved experimental conditions for the user of the synchrotron light could be shown. Consequently, BESSY II possesses two efficient feedback systems which damp coherent oscillations of all phase space coordinates and guarantee the requirements to the source size of a 3rd generation light source.

This thesis deals with two aspects of dynamics in systems described by multi-symplectic partial differential equations. The first part is devoted to the study of heteroclinic intersections in systems which govern the dynamics of travelling waves in multi-symplectic partial differential equations with perturbations. In this study a version of the Melnikov method is developed which takes into account the symmetry of the systems under consideration. The presence of the symmetry leads to various interesting differences between the method we develop and the standard approach. In particular, a result about persistence of the fixed point of the Poincare map under perturbations has to be amended since the unperturbed fixed point is non-hyperbolic. The symmetry also results in the necessity to consider separately two cases: when the perturbation has no component in the group direction at all, or when on average it has no component in the group direction when evaluated on the unperturbed solutions. For each of those cases we discuss persistence of the fixed points of the Poincare map and persistence of invariant manifolds, where the knowledge of the symmetry in incorporated in the geometrical constructions. Finally, we derive Melnikov-type conditions in both aforementioned cases which guarantee the existence of transverse intersections of the stable and unstable manifolds. We discuss some possible areas of applications of the Melnikov-type method derived and illustrate the method on the examples of a perturbed Korteweg-de Vries equation and a perturbed nonlinear Schrodinger equation. Implications of the transverse or topological intersections of the manifolds for possible chaotic behaviour in the systems are discussed together with directions of further investigation. The second part of this thesis considers the stability of solitary waves with respect to perturbations which are transverse to the basic direction of propagation of these waves. Using various analytical and numerical techniques, we study this problem for the solitary waves of the (2+l)-dimensional Boussinesq equation and the generalised fifth-order Kadomtsev-Petviashvili equation. For both equations we use a geometric condition for transverse instability based on the multi-symplectic formulation of the equation to derive a condition for transverse instability in the long-wavelength regime. Then an Evans function approach is employed to determine the dependence of the instability growth rate on the transverse wavenumber for all possible wavenumbers. In the case of the (2+l)-dimensional Boussinesq equation this is done analytically, while for the generalised fifth-order Kadomtsev-Petviashvili equation we have to resort to numerical simulations. Finally, for the (2+l)-dimensional Boussinesq equation we perform direct numerical simulations of the full equation to investigate the nonlinear stage of the evolution of the transversely unstable solitary waves, and the result is that the instability leads to the collapse of the solitary wave. The thesis is concluded by a discussion of some open problems.

Dans cette thèse, les instabilités de combustion sont étudiées sur deux types de configuration. Tout d’abord, un cas académique stabilisé par un dièdre (Volvo) est étudié. Les simulations sont validées par comparaison avec les données expérimentales. En faisant varier le point de fonctionnement, des modes transverses et longitudinaux sont observés, en bon accord avec les données expérimentales en termes de fréquence des fluctuations de pression et de la dynamique de l’écoulement. Dans un second temps, une configuration proche des cas industriels a été étudiée dans le cadre du projet européen KIAI (Lotar). Les données expérimentales ont été obtenues lors d’une campagne d’essais à l’ONERA. Plusieurs simulations aux grandes échelles sont conduites sur cette configuration. Les instabilités transverses de combustion sont analysées et les mécanismes essentiels qui les pilotent sont identifiés. Sur la base de ces observations, la forme du modèle à Fonction de Transfert de Flamme est modifiée et associée à un solveur de Helmholtz pour prédire la stabilité des modes transverses. Les résultats obtenus par le solveur acoustique sont en bon accord avec la carte de stabilité obtenue par la simulation aux grandes échelles<br>In this work longitudinal and transverse combustion instabilities are studied in two types of configurations. While longitudinal modes have been observed in many previous studies at low frequencies, the present work also focusses on high-frequency transverse modes. First, a premixed flame stabilized on a V-fame holder is investigated where experimental results obtained by Volvo are used to validate the simulations. For different operating conditions, longitudinal and transverse modes are observed in Large Eddy Simulations (LES) and show good agreement with the experimental data in terms of pressure frequency and flow dynamics. In a second step, a semi-industrial case is examined within the European project KIAI. Experiments are conducted by ONERA and LES of this two-phase flow configuration (called Lotar) are carried out. Transverse combustion instabilities are analyzed and key elements which drive instabilities are identied. These observations are used to reformulate the classic Flame Transfer Function (FTF) in order to predict the stability of transverse modes by use of an Helmholtz solver. The results reproduce fairly well the stability map generated by LES

Analyses dynamiques non-linéaires pour la prédiction des risques vibratoires et d'usure des faisceaux de tubes, et tenant compte du fait que les appuis présentent des variations par rapport aux conditions nominales. Méthodologie permettant l'analyse globale du comportement dynamique non-linéaire des tubes. Simulation des sources d'excitation par l'écoulement. Application aux centrales nucléaires.

À la fin du vingtième siècle l’étude d’un avion supersonique de deuxième génération voit le jour. Dans cette optique, les travaux, menés dans le cadre d’un PRF de l'ONERA, s’intéressent à la transition laminaire-turbulent des couches limites supersoniques. En effet les mécanismes de déstabilisation des couches limites, bien connus à des régimes de vitesse faible, restent peu documentés en écoulement supersonique. Trois expériences sont réalisées à Mach 3 afin de créer une base de données inédite sur ces problèmes de transition. Des analyses numériques de stabilité linéaire et non linéaire permettent ensuite de mieux comprendre les phénomènes. La première expérience concerne un écoulement sur plaque plane ; associée à des calculs de stabilité linéaire, elle met en évidence une faible valeur du facteur N de transition provoquée par la réceptivité des couches limites bidimensionnelles aux bruits rayonnés par les couches limites turbulentes se développant sur les parois des souffleries. Les deux autres expériences, respectivement sur un cylindre et sur un profil d’aile en flèche, révèlent une forte réceptivité des couches limites tridimensionnelles aux rugosités pariétales. Les résultats des calculs de stabilité obtenus par des méthodes linéaires locale et non locale, indiquent des niveaux de facteur N de transition plus élevés que ceux des écoulements subsoniques ou transsoniques. Enfin, une analyse de stabilité des ondes stationnaires permet de définir un critère de transition des couches limites tridimensionnelles.

En l'article [CKSTT] els autors proven una inestabilitat global per a l'equació de Schrödinger cúbica desenfocant en el tor 2-dimensional. Per aconseguir-ho, detecten un sistema finit d'equacions diferencials ordinàries, l'anomenat Toy Model System, per al quan proven un resultat que típicament s'anomena de difusió: la connexió de N objectes invariants connectats entre ells mitjançant òrbites heteroclíniques. El que no esmenten és que la intersecció entre les varietats invariants de dos objectes consecutius no és transversal. Això fa descartar, pràcticament, que el mecanisme de difusió sigui regit per la coneguda difusió d'Arnold i, per tant, no hi ha una explicació geomètrica del motiu pel qual aquests objectes invariants poden ser connectats. L'objectiu principal de la tesi és proposar un mecanisme geomètric que justifiqui el fet que aquesta difusió és possible. En el Capítol 2 evidenciem que la intersecció entre les esmentades varietats no és transversal en el Toy Model System i mostrem, mitjançant exemples, que aquesta falta de transversalitat pot impedir la connexió en una cadena de transició. Un cop vist que la connexió pot no ser possible si la intersecció no és transversal, detectem el motiu per al qual sí que és possible en el cas del Toy Model System. La raó és l'alta dimensió del problema i que cada nova connexió pren lloc en un espai nou, en unes direccions que encara no s'han utilitzat. D'altra banda es troben exemples integrables per als quals aquesta difusió és possible, allunyant-nos del tot de la difusió d'Arnold, típica per a sistemes no integrables. En el mateix capítol es proposa un esquema de detecció per aquest tipus de difusió mitjançant el llenguatge dels h-sets i les relacions de cobriment, de manera que s'estableix una prova que justifica la connexió sempre i quan es provin abans certes relacions de cobriment. Mitjançant aquest esquema de detecció, en el Capítol 3 es prova la connexió en el cas del Toy Model System. Durant la prova, aconseguim millorar el Teorema original de difusió de [CKSTT] permetent apropar-nos arbitràriament a la cadena d'heteroclíniques i, en particular, als objectes invariants. De la prova, també en destaquem l'ús de tècniques típiques dels Sistemes Dinàmics que permeten entendre millor l'esquema de connexió, respecte la prova original. [CKSTT]: J. Colliander, M. Keel, G. Staffilani, H. Takaoka, and T. Tao. Transfer of energy to high frequencies in the cubic defocusing nonlinear Schrödinger equation. Invent. Math., 181(1):39-113, 2010.<br>In [CKSTT], the authors prove a global instability in the cubic defocusing nonlinear Schrödinger equation defined in the 2-dimensional torus. To obtain so, they detect a finite system of ordinary differential equations, the so-called Toy Model System, for which they prove, as it is typically called, a diffusion result: the connection of N invariant objects connected through heteroclinic orbits. What is not mentioned there is that the intersection between the invariant manifolds of two consecutive invariant objects is not transverse. With this fact we can almost discard that the mechanism for diffusion relies on the socalled Arnold diffusion so, then, there is no geometric explanation of why the invariant objects can be connected. The main goal of this thesis is to propose a geometric mechanism that justifies the fact that this diffusion is possible. In Chapter 2 we prove that, indeed, the intersection between the above mentioned invariant manifolds is not transverse in the Toy Model System and we show through examples that the lack of transversality can forbid the connection in a transition chain. Once we have seen that the connection could not be possible if the intersection is non-transverse, we detect the reason why it is possible in the Toy Model System. The main reason is the high dimension of the system and the fact that each new connection takes place in a new space, in some directions that have not been used before. In addition we present an integrable example for which the diffusion is feasible, totally discarding, then, the Arnold diffusion as a mechanism since it is typical for non integrable systems. In the same chapter, a scheme of detection for this new kind of diffusion is proposed through the language of h-sets and covering relations. A proof that justifies the connection if some covering relations hold is established. Through this scheme of detection, in Chapter 3 we prove the connection in the Toy Model System. We can also improve the original result of diffusion of [CKSTT]. Our result allows us to get arbitrarily close to the heteroclinic chain and, in particular, to the invariant objects for a larger diffusing time. We also highlight the use of typical Dynamical Systems tools that make the argument of connection more understandable with respect to the original proof. [CKSTT]: J. Colliander, M. Keel, G. Staffilani, H. Takaoka, and T. Tao. Transfer of energy to high frequencies in the cubic defocusing nonlinear Schrödinger equation. Invent. Math., 181(1):39-113, 2010.

On etudie les instabilites de flottement de cylindres circulaires soumis a un ecoulement d'air transversal a leur axe. Il s'agit d'un probleme vibratoire rencontre dans le dimensionnement mecanique de certains echangeurs de chaleur. L'equation du mouvement, non lineaire, est resolue par integration temporelle directe. L'essentiel du travail consiste a etudier et modeliser les efforts de couplage aeroelastique, et plus precisement ceux qui sont induits par le mouvement de la structure. Dans un premier temps, on effectue une experience de soufflerie sur des tubes rigides immobiles. On etudie plus particulierement le detachement tourbillonnaire alterne dans le cas de deux cylindres en tandem et d'un faisceau de tubes en ligne. Les tubes sont separes par un intervalle de trois diametres et cette configuration conduit notamment a un detachement synchronise sur les cylindres. On obtient egalement les efforts moyens par integration de la pression. Ces essais sont completes par des simulations numeriques navier-stokes permettant la visualisation de l'ecoulement. Les efforts mesures sont ensuite utilises au sein d'un modele de force fluide-elastique dans lequel on prend en compte le mouvement d'un tube en se referant a son voisin situe en amont. On inclue egalement le phenomene de vent apparent qui genere un amortissement aerodynamique dependant de la position. Enfin, on introduit le temps de retard entre la force aeroelastique et la position courante du tube. L'originalite vient de son interpretation physique et de son mode de calcul qui permettent de mettre en evidence et de calculer une vitesse critique d'instabilite qui correspond bien avec celle d'une experience dynamique de la litterature. L'analyse des cycles limites de vibrations montrent que l'instabilite trouve son origine dans ce decalage entre effort et position, mais que l'amplitude est quant a elle regie par l'amortissement aerodynamique non lineaire, a la maniere d'un oscillateur de van der pol.

L'effet du couplage lineaire entre les plans transversaux d'un accelerateur circulaire sur l'amortissement de landau des instabilites coherentes est etudie en considerant deux distributions caracteristiques de frequences (lorentzienne et elliptique). Celles-ci correspondent a des cas limites modelisant des spectres avec et sans longues queues. Un critere general de stabilite, ou interviennent la force du couplage (du aux quadrupoles tournes) et la distance des nombres d'ondes betatroniques aux resonances de couplage, est obtenu dans les deux cas. Ce dernier revele la possibilite de partager les dispersions de frequences stabilisatrices entre les deux plans, ce qui peut considerablement ameliorer la stabilite coherente du faisceau, en particulier dans les cas ou la situation est plus critique dans un plan. Une seconde observation importante est que l'effet d'une grande partie imaginaire de l'impedance de couplage, qui normalement requiert une dispersion de frequences equivalente pour l'amortissement de landau, peut etre compense (du moins dans un plan) par un choix judicieux du couplage. Les resultats d'experiences effectuees au synchrotron a protons (ps) du cern confirment le comportement general predit par la theorie. Le mecanisme de l'amortissement de landau couple pourrait donc expliquer pourquoi une machine comme le ps peut etre stabilisee en rapprochant le point de fonctionnement pres d'une resonance de couplage. Il peut par consequent etre utilise pour determiner des valeurs optimales du point de fonctionnement et de la force du couplage lineaire.

- Les instabilités de dépôts granulaire sont omniprésentes dans la nature, elles présentent un comportement solide et liquide comme en témoigne les avalanches et les écoulements de boue qui sont a l'origine de nombreuses catastrophes humaines et économiques. Malgré son importance pratique, ces phénomènes sont encore loin d'être compris et bien décrit notamment en raison du manque de compréhension de leur rhéologie. Ce manuscrit présente une étude expérimentale d'avalanche se propageant sur une couche granulaire érodable. Dans la première partie, l'équilibre d'une couche granulaire sur un plan incline est étudiée, aussi bien dans l'air que dans l'eau. A partir de ce dépôt granulaire, la méthode de propagation d'avalanche est expliquée dans ces différentes phases. La rhéologie des écoulements stationnaires de sable est déduite et comparée aux résultats communément trouvés. Des mesures expérimentales, dites "méthode de la lame de suie" et "méthodes des feuillets colorées", montrent l'existence d'une couche statique prenant place sous l'écoulement. Dès lors la rhéologie précédemment établie est modifiée permettant ainsi de décrire les avalanches en termes de rhéologie locales. En appliquant cette rhéologie aux cas des ondes solitaires érosives, le profil d'érosion en est extrait. Pour le sable sur la feutrine il ressort que l'onde ne creuse pas la couche jusqu'au fond tandis que pour les ondes de billes la couche est entièrement érodée. Dans la dernière partie la stabilité de ces ondes est étudiée. Au delà d'un seuil les ondes se déstabilisent transversalement. Après une longueur d'onde initiale, un phénomène de coalescence par fusion est observé. Ce dernier est lui-même stoppé par la formation de doigts. Une étude expérimentale de stabilité a montré que c'est une instabilité linéaire à grande longueur d'onde et à nombre d'onde nul. Toutes les longueurs d'onde mesurées aussi bien dans l'air que dans l'eau se regroupent autour d'une même courbe dès lors qu'elles sont adimensionnées par la taille des grains.

La formation spontanée de structures spatiales est un phénomène universel qui s'observe dans de nombreux domaines scientifiques (ridules sur le sable, stries dans les nuages, rayures du zèbre. . . ). Ce travail, à la fois théorique, numérique et expérimental, est une contribution à l'étude de ces instabilités en optique. Il s'appuie sur un système composé d'un cristal liquide soumis à un pompage laser aller-retour. Les effets non triviaux du bruit sur la formation des structures sont d'abord étudiés. Nous montrons par exemple la présence de précurseurs induits par le bruit, anticipant sous le seuil certaines propriétés des structures apparaissant au seuil. Ensuite, nous analysons les effets d'une dérive sur la formation des structures. Celle-ci entraîne l'apparition d'une nouvelle instabilité (convective) donnant lieu à de nouveaux types de structures entretenues par le bruit. Leurs propriétés, leurs domaines d'existence ainsi que leurs combinaisons sont étudiées.

This thesis presents the ADT transverse instability detection system, the next generation of instability detection in the LHC at CERN, Geneva. The system is presented after a thorough study of underlying causes for instabilities in high energy particle accelerators, current parallel programming paradigms, the available hardware and software at CERN and possible instability detection techniques. The requirements for the system involve handling vast amounts of data which need to be analyzed in real-time and in this data detect rapid amplitude growth while limiting the computational resources required to a minimum. The result of this thesis was a system that could generate a trigger when an instability was detected, which was used to save data from observation instruments around the LHC. A fixed display in the CERN control centre was also created which allows scientists and operators at CERN to monitor the oscillation amplitude of all particle bunches. The conclusion is that the complete system will be a valuable asset at CERN to help further develop the LHC.

Les instabilités spatio-temporelles sont le nom scientifique pour nommer la formation spontannée de structures spatiales plus ou moins régulières. Nous avons tous eu l'occasion de voir des ridules se former sur le sable ou encore les nuages s'organiser en "troupeaux de moutons". Ce sont deux exemples parmi une très grande variété de structures et de systèmes capables de développer des instabilités spatio-temporelles. En optique, elles s'observent dans la section transverse des faisceaux laser. La diversité des organisations et la richesse de leur dynamique ont entraîné un intérêt croissant pour leur étude. Ce travail est une contribution à cet effort scientifique et s'appuie sur un système composé d'un faisceau laser faisant un aller-retour dans à travers un échantillon de cristal liquide. Une étude à la fois expérimentale, numérique et théorique est réalisée autour de deux axes principaux: l'étude des effets (i) du bruit sur la formation des structures et (ii) d'un flot transverse sur leur dynamique. Dans une première partie, nous montrons en particulier que la présence de bruit d'origine microscopique (fluctuation thermique des molécules de cristaux liquides) induit des effets macroscopiques non triviaux. C'est à dire qu'ils n'ont pas d'équivalent dans le système sans bruit généralement étudié lors de sa modélisation. Plus précisément, nous caractérisons un effet précurseur induit par le bruit qui se manifeste sous le seuil, là où aucun effet n'est attendu par le modèle classique. Il est appelé précurseur car il anticipe certaines propriétés du réseau hexagonal qui apparaît au seuil. Dans une seconde partie, nous montrons que lorsque la symétrie du système est brisée par un courant transverse, un nouveau régime dynamique -- l'instabilité convective -- peut apparaître. Nous mettons alors en évidence expérimentalement que celui-ci se traduit par la formation de structures entretenues par le bruit, i.e. qui n'existent qu'en présence de bruit. Enfin, l'étude de leurs propriétés et de leur dynamique nous permet de définir des conditions de formation de nouvelles structures complexes (superlattice) purement entretenues par le bruit. Bienvenu dans un monde où l'ordre naît du désordre...

Les mouvements de terrain, phénomènes naturels ou liés aux actions anthropiques, sont souvent à l'origine de nombreux dégâts tant matériels qu'humains. Ces instabilités font l'objet de nombreuses études regroupées en deux grandes méthodes : les méthodes naturalistes et les méthodes mécaniciennes. Ces méthodes, qui adoptent une approche qualifiée de linéaire, aboutissent souvent à des résultats partiels, d'où l'intérêt de la mise en place d'une approche transversale. Dans cette thèse, nous avons formulé une démarche méthodologique pluridisciplinaire qui s'appuie sur une approche transversale. Elle associe à la fois géomorphologie, géologie, hydrogéologie et géotechnique. Le fondement de la méthodologie repose sur une analyse de l'instabilité, suivie d'une modélisation et d'une cartographie. L'analyse de l'instabilité permet de déterminer les facteurs macro-déstabilisateurs et les mécanismes micro-déstabilisateurs associés, nécessaires à la compréhension de la genèse des mouvements de terrain. Pour expérimenter cette démarche, une application a été réalisée dans la région nord du Rif Central (Maroc). Cette région est caractérisée par de fréquents mouvements de terrain qui perturbent l'habitat ainsi que le réseau routier et ses infrastructures. Les résultats de l'étude de l'instabilité ont permis de dresser une typologie des mouvements de terrain en orientant le travail sur les glissements plans profonds. Les facteurs macro et leurs mécanismes micro ont été identifiés. Enfin, un modèle de rupture basé sur l'évaluation du coefficient de sécurité en 2D et 3D, a été élaboré pour simuler ce type d'instabilité. En perspective, l'identification des sites à risques potentiels permettra des adaptations locales, notamment dans le choix des tracés routiers.

Pour certaines conditions de fonctionnement, des instabilités de combustion hautes fréquences (HF) se développent dans les chambres de combustion des moteurs-fusées à ergols liquides. Celles-ci se présentent sous la forme d’ondes acoustiques et peuvent provoquer la destruction du lanceur. Un montage expérimental a été mis au point afin d'améliorer les connaissances concernant les trajectoires, la pulvérisation secondaire et l’évaporation d’un jet de gouttes monodisperses en présence d’un champ acoustique transverse intense. Une solution analytique de l'équation du mouvement de Stokes permet d’expliquer la forme sinusoïdale du jet. Cependant, pour simuler sa dispersion réelle, il est nécessaire de résoudre l'équation de Basset-Boussinesq et Oseen en tenant compte de tous les termes instationnaires. Des variations de hauteur entre les gouttes ainsi que des amas ont aussi été observés. Les simulations numériques montrent que les pertes acoustiques au niveau de l’orifice d’entrée des gouttes dans le montage en sont à l'origine. La pulvérisation secondaire des gouttes a été observée à partir d’un champ acoustique de 150 dB et pour des nombres de Weber faibles (We≈1). Les premiers résultats obtenus par PLIF concernant la répartition de vapeur autour du train de gouttes sont ensuite présentés. Enfin, un code numérique rend compte d’une accélération de l’évaporation dans un champ acoustique transverse par rapport à celles dans un champ longitudinal ou dans un écoulement stationnaire. De plus, le code montre que les effets sur l'évaporation ne commencent qu’à partir de 150 dB.

On étudie la pulvérisation numérique de jets et de nappes liquides. Dans la première partie une revue bibliographique du problème présente la théorie des instabilités de Kelvin-Helmholtz et différents résultats expérimentaux antérieurs. Dans le seconde partie on présente différentes méthodes numériques : technique de suivi d'interface (Volume of Fluid), de calculs des efforts de tension de surface (CSF) et de résolution des équations de Navier-Stokes (Mac Cormack). La dernière partie décrit une méthode particulaire (SPH) permettant de traiter des interactions d'écoulements liquides et gazeux. Les principaux phénomènes interfaciaux, tels que la tension de surface et la vaporisation sont pris en compte. Des calculs 2D et 3D de déformation de jets liquides dans les écoulements gazeux supersoniques sont analyses et comparés avec des résultats expérimentaux.

Le contexte de ce travail repose sur l'étude des instabilités de combustion au sein des moteurs-fusées à propergols liquides. Cette étude se concentre sur les effets des champs acoustiques transverses de haute amplitude sur l'injection coaxiale en conditions non-réactives. La réponse acoustique du système d'injection est dépendante des propriétés locales du champ acoustique dans la cavité d'injection. La modification du processus d'atomisation, induit par le champ acoustique, a été analysée dans des configurations simples et multiinjection. Des expériences ont été menées pour des régimes d'atomisation de faibles et hauts nombres de Weber. Trois phénomènes ont été observés: un aplatissement du jet, une amélioration du processus d'atomisation et la déviation du système liquide. La combinaison de ces trois phénomènes en configuration multi-injection résulte en un phénomène de regroupement de gouttes. En présence de combustion, un tel regroupement pourraitmener à un dégagement de chaleur non-uniforme susceptible de déclencher ou d'entretenir des instabilités de combustion. Un modèle théorique basé sur les équations d'acoustique non-linéaire a été développé pour donner les expressions générales de pression de radiation et de forces de radiations résultantes appliqué aux objets sphériques et cylindriques en champ stationnaire ou progressif. Le modèle a été utilisé pour interpréter et quantifier les observations expérimentales en configurations liquide/gaz, trans-critique/super-critique et gaz/gaz, et a permis de montrer que le nombre de Helmholtz qui caractérise le champ acoustique, et le rapport de densité qui caractérise les deux milieux, sont deux paramètres cruciaux. Les principales conclusions montrent que le phénomène observé peut être interprété comme résultant de l'acoustique non-linéaire, dont le paramètre clé étant le ratio de densité. Cela exige que la couche séparant les deux milieux, vue comme une interface, ne doive pas être réduite uniquement à une interface liquide/gaz<br>The context of this work relies to high frequency combustion instabilities in Liquid Rocket Engines (LRE). The present research focuses on the effects of high amplitude transverse acoustic fields on non-reactive coaxial injection. The acoustic response of injection domes is found to be dependent on the local properties of the acoustic field in the injection cavity. The modification of the atomization process, induced by the acoustic field, has been analyzed in single and multi-injection configurations. Experiments were performed from low to high Weber number atomization regimes. Three phenomena are observed: jet flattening, improvement of the atomization process and deviation. The combination of these phenomena in multi-injection configurations leads to a droplet clustering phenomenon. In the presence of combustion, such a clustering could lead to non-uniform heat release rate which can trigger or sustain combustion instabilities. A theoretical model based on non-linear acoustics has been developed, providing general expressions of radiation pressure and resulting radiation force, for spherical and cylindrical objects in standing and progressive wave field. The model has been successfully used to interpret and quantify experimental observations in liquid/gas, trans-critical/super-critical and gas/gas configurations and showed that the Helmholtz number α characterizing the acoustic field and the density ratio η characterizing the two media are two parameters of importance. The major conclusions are that the observed phenomena can be interpreted as resulting from non-linear acoustics, the key feature being the density ratio. It is claimed that the layer separating the two media, seen as an interface, does not need to be restricted only to a liquid/gas interface

The topic of this thesis is about experimental study of phenomena which are associated with light propagation in nonlinear dielectric media. In the first part of this work, we study experimentally the snake instability of the bright soliton stripe of the (2+1)-dimensional hyperbolic nonlinear Schrödinger equation. The instability is observed, through spectral measurements, on spatially extended femtosecond pulses propagating in a normally dispersive self-defocusing semiconductor planar waveguide. The second part of this thesis is about light propagation in nonlinear periodic media. We experimentally observe a stationary spatial gap (or Bragg) soliton in a periodic semiconductor planar waveguide. Based on the interference pattern of the soliton beam, we measure the power parameter of the soliton which is related to the position of the spatial spectrum in the linear band gap. <p><p><p>Cette thèse de doctorat a pour sujet l’étude expérimentale de phénomènes associés à la propagation de la lumière dans les milieux diélectriques non linéaires. La première partie porte sur la démonstration expérimentale de l’instabilité serpentine d’une bande solitonique dans un système décrit par une équation de Schrödinger non linéaire à (2+1)-dimensions. L’instabilité est observée sur base de mesures du spectre spatial ainsi que du profil spatio-fréquentiel d’une impulsion femtoseconde après propagation dans un guide plan semi-conducteur qui présente une dispersion normale et une non-linéarité défocalisante. Le second thème abordé concerne la propagation de la lumière dans les milieux non linéaires périodiques. Les expériences réalisées ont montré l’existence du soliton de Bragg spatial stationnaire sous forme de faisceaux se propageant dans des guides plans semi-conducteurs périodiquement gravés. Sur base du profil de la distribution modale en intensité du faisceau soliton, il a été possible de mesurer le paramètre de puissance du soliton de Bragg qui détermine la position du spectre spatial dans la bande interdite linéaire. <p><br>Doctorat en sciences appliquées<br>info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les instabilites transverses sont le principal obstacle a l'augmentation du seuil de courant, en mode mono-paquet, dans les sources de rayonnement synchrotron. A partir de mesures, de simulations et de la base theorique preexistante, une interpretation de ces mecanismes d'instabilites est presentee. Au-dela de l'instabilite habituelle de couplage de modes et des modes "tete-queue" decouples, qui ont ete observes a l'esrf, une nouvelle forme d'instabilite, l'instabilite "post-synchrotronique", est caracterisee. Une theorie expliquant cette instabilite post-synchrotronique est developpee. Cette theorie est consistente avec les mesures effectuees a l'esrf.

Os objetivos deste estudo foram comparar os níveis de inibição pré-sináptica (IPS) durante a iniciação do passo entre indivíduos com doença de Parkinson (DP) com bloqueio motor (BM), sem-BM (S-BM) e indivíduos saudáveis pareados pela idade (ISPI) e, possíveis correlações entre os níveis de IPS com as variáveis comportamentais (amplitude e tempo do ajuste postural antecipatório [APA]) e os escores do New Freezing of Gait Questionnaire (NFOG-Q). A amostra foi composta por 22 indivíduos com BM e 12 S-BM (estágio 3 da DP avaliados no estado on da medicação). Dezesseis ISPI também foram incluídos no estudo. Todos atenderam os critérios de inclusão. Os indivíduos foram avaliados em dois dias. No primeiro dia, todos responderam uma anamnese e o Mini Exame do Estado Mental. Para os indivíduos com DP foi aplicada a escala de estadiamento da DP e a parte III da Escala Unificada de Avaliação da DP (UPDRS) e somente os indivíduos com BM foram avaliados com o NFOG-Q. No segundo dia, todos os indivíduos realizaram a tarefa iniciação do passo na plataforma de força AMTI para avaliação da amplitude e do tempo do APA com ou sem a evocação do reflexo-H na condição teste ou condicionado. O estimulador portátil Nicolet® Viking Quest da CareFusion foi utilizado para evocar o reflexo-H teste e condicionado. O estímulo elétrico foi evocado quando a amplitude do APA ultrapassasse 10 a 20% da linha de base. Todos indivíduos realizaram a tarefa iniciação do passo em 3 condições: 1) sem estímulo; 2) estímulo teste estimulação no nervo tibial; e 3) estímulo condicionado estimulação do nervo fibular antes (intervalo de 100 ms) da estimulação do nervo tibial. Nas três condições, os indivíduos foram instruídos a realizarem 15 passos, logo, 15 estímulos nas condições 2 e 3 de maneira aleatória. A ANOVA one way mostrou diferenças significantes nos valores de IPS entre os três grupos, onde os ISPI apresentaram valores maiores de IPS do que os outros dois grupos e, indivíduos S-BM apresentaram valores maiores IPS comparado aos indivíduos com BM (P<0,001), porém, todos os indivíduos deste último grupo apresentaram facilitação. Adicionalmente, amplitudes maiores e tempos menores do APA foram observados somente para os ISPI (P<0,05), além disso, não foram observadas diferenças entre essas variáveis para os dois grupos de DP (P>0,05). Em relação às correlações, especialmente para os indivíduos com BM, observamos que valores maiores de facilitação estão: fortemente associados com os escores maiores do NFOG-Q (r = -74; P<0,0001); moderadamente associados com as amplitudes menores do APA (r = 0,54; P<0,004); e fracamente associados com os tempos maiores do APA (r = -0,42; P<0,244). Por fim, houve uma forte associação entre as amplitude menores do APA e escores maiores do NFOG-Q (r = -,075; P<0,0001). Em conclusão, indivíduos com BM apresentam facilitação (ausência de IPS) durante a iniciação do passo e associada com deficiências na amplitude e tempo do APA e a severidade do BM. Isso indica que a medula espinhal tem participação na iniciação do passo e pode ser fortemente influenciada por alterações sensório-motoras<br>The aims of this study were to compare the presynaptic inhibition levels (PSI) in the step initiation between subjects with Parkinson\'s disease (PD) with freezing of gait (FoG), non-FOG (non-FoG), and age-matched healthy controls (HC) and, possible correlations between the PSI levels with the behavioral variables and the New Freezing of Gait Questionnaire (NFOG-Q) scores. Twenty individuals with FoG, 12 individuals with non-FoG (stage 3 of PD assessed in the clinically defined on state), and 16 HC met the inclusion criteria. Subjects visited the laboratory for two days. On the first day, all of the subjects answered the anamnesis and the Mini-Mental State Examination. However, only in the subjects with PD were assessed the severity of disease and the motor symptoms (Unified Parkinson´s Disease Rating Scale part III [UPDRS-III], but the FoG severity was assessed only in the subjects with FoG. On the second day, all of the subjects performed the step initiation on the force platform (AMTI) to assess amplitude and time of anticipatory postural adjustment with or without evoking H-reflex in the test or conditioned condition. The constant-current stimulator (Nicolet® Viking Quest portable EMG apparatus, CareFusion) was used to evoke the H-reflex. The electrical stimulus was evoked when the APA amplitude exceeded 10 to 20% of the baseline. All of the subjects performed the step initiation in 3 conditions: 1) without stimulation of the nerve; 2) test stimulus stimulation of the tibial nerve; and 3) conditioning stimulus - stimulation of the fibular nerve before (100 ms interval) stimulation of the tibial nerve. At three conditions, subjects were instructed to perform 15 steps, thus, 15 stimuli at conditions 2 and 3 in a random order. The ANOVA one way showed significant differences in the PSI values between the three groups, where the ISPI presented higher values of PSI than the other two groups, and S-BM individuals had higher PSI values compared to individuals with BM (P<0.001), however all of the individuals with FoG presented facilitation. In addition, larger amplitudes and smaller times of APA were observed only for ISPI (P<0.05); in addition, no differences were observed between these variables for the two PD groups (P>0.05). In relation to correlations, especially for individuals with FoG, we observed that greater values of facilitation are: strongly associated with the higher NFOG-Q scores (r = -0.74; P<0.0001); moderately associated with the smaller APA amplitudes (r = 0.54; P<0.004); and weakly associated with higher APA times (r = -0.42, P<0.244). Finally, there was a strong association between the smaller APA amplitudes and higher NFOG-Q scores (r = -0.75, P<0.0001). In conclusion, individuals with FoG presented facilitation (absence of PSI) in the step initiation which was associated with deficits in amplitude and time of APA and FoG severity. This indicates that the spinal cord has participation in the step initiation that can be strongly influenced by the abnormal sensory motor

Nous avons observé une réduction des fluctuations quantiques d'un faisceau lumineux interagissant avec un milieu non linéaire constitué d'atomes refroidis par laser. Le nuage atomique, produit par un piège magnéto-optique, est placé dans une cavité optique où il interagit avec le faisceau sonde. Quand le piège est coupé, les atomes quittent la zone d'interaction en suivant un mouvement balistique. Cet effet est utilisé pour balayer la cavité sur la résonance. Des mesures du bruit quantique peuvent être effectuées sur ce système bistable pendant un temps de l'ordre de 20-30ms. Une réduction du bruit de 40 ± 10% pour une des quadratures a été mesurée dans ces conditions. Sur le plan théorique, nous avons développé un traitement de la variation du nombre moyen d'atomes dans le faisceau sonde ainsi que des fluctuations de cette variable. De plus, nous avons effectué un traitement complet des fluctuations du faisceau sonde en tenant compte de sa structure spatiale. Une synthèse de ces développements a été utilisée pour modéliser les spectres du bruit expérimentaux. Nous avons trouvé un accord satisfaisant entre les spectres théoriques et les observations expérimentales. Une réduction du bruit a été aussi observée en présence du piège magnéto-optique avec des atomes très faiblement piégés. La meilleure réduction du bruit mesurée dans de telles conditions est de 20 ± 10%.

Ce travail de thèse porte sur l'étude expérimentale de l'auto-organisation optique transverse dans des lasers à grand nombre de Fresnel contenant un absorbant saturable. En présence de bistabilité et d'instabilité de modulation, des structures localisées apparaissent, appelées solitons de cavité. Elles résultent d'un équilibre entre diffraction et auto-focalisation dans un milieu non-linéaire. En régime laser, les systèmes évoqués plus haut peuvent ainsi émettre plusieurs faisceaux d'une dizaine de microns de diamètre seulement. Chaque faisceau constitue une structure localisée dans le plan transverse, qui peut être allumée, éteinte et déplacée à volonté. Ces travaux de thèse se divisent en deux parties principales : l'étude du régime continu et celle des régimes impulsionnels. Dans ce deuxième cas, le laser peut émettre des balles de lumière en cavité localisées à la fois dans l'espace et dans le temps. Les travaux effectués se sont axés sur la recherche et l'étude des différentes propriétés nécessaires à l'apparition de structures localisées bistables et impulsionnelles afin de les réunir. Les résultats présentés dans ce manuscrit montrent pour la première fois, dans une structure monolithique VCSEL avec absorbant saturable intégré, un processus d'écriture-effacement d'une structure localisée en régime continu. De plus, ils montrent les étapes réalisées afin de se rapprocher du même résultat dans le régime impulsionnel : un agrégat de structures localisées impulsionnelles a ainsi pu être écrit et effacé. De par la compacité des systèmes VCSEL et la reconfigurabilité des solitons de cavité, ces résultats constituent une étape supplémentaire vers la réalisation d'un traitement tout-optique de l'information.

La capacité à contrôler la turbulence de paroi peut engendrer des gains importants en matière de réduction de la traînée de frottement, de retardement de la transition ou des points de décollement, pouvant s'adjoindre dans de multiples applications industrielles. Ce travail contribue à promouvoir de nouveaux moyens efficaces destinés à réduire le frottement. La dynamique des structures cohérentes de proche paroi s'opère sous la forme d'un cycle auto-entretenu, qui gouverne la production de la turbulence. Les stries de hautes et basses vitesses sont propices à la manifestation d'instabilités secondaires. Plusieurs travaux récents dont les simulations numériques de Du, Symeonidis &amp; Karniadakis (JFM 2002) ont montré que l'application d'un forçage transversal affectant directement le cycle de paroi par une force volumique pouvait produire des gains significatifs, conjointement avec une diminution de l'intensité des stries. L'étude actuelle se destine à reproduire ces effets expérimentalement, en substituant la force de volume par une paroi mouvante " intelligente " générant une onde transversale. L'ondulation est produite par des actionneurs piézo-électriques arasant à la paroi disposés en rangée, dont la déflexion, procure la déformation souhaitée. Le module de contrôle a été réalisé et testé au LEEI (ENSEEIHT, INPT). Les structures clés de la turbulence pariétale ont été reproduites artificiellement en générant à grande échelle des stries sur une couche limite laminaire. Le premier intérêt a été de quantifier l'effet produit par l'ondulation de la paroi. La réceptivité de l'écoulement strié a révélé la sensibilité majeure aux instabilités secondaires. Certains effets observés corroborent les tendances souhaitées: l'onde progressive modifie l'écoulement de base. En conditions turbulentes les effets engendrés sont moins évidents. Des voies de développement futur sont indiquées<br>The ability to control wall turbulence could be important for reducing skin friction, delaying transition and separation points. The use of new techniques could be potentially beneficial in many applications. This work aims at finding efficient means to reduce skin friction drag in a turbulent boundary layer. The central elements of the self-sustaining cycle which exists in turbulent boundary layers are the near-wall coherent structures whose dynamics control the turbulence production. Quasi-streamwise vortices and streaks of low and high-speed evolve through a secondary instability mechanism. Time and length scales of these structures have been known for quite some time. Recent results have shown that a spanwise forcing could lead to a conclusive control effect [Du, Symeonidis &amp; Karniadakis, JFM 2002], results obtained by direct numerical simulations of a turbulent channel flow, with a body force (the control) which weakens the streaks and reduces the frequency of ejections. The present study aims at reproducing these effects experimentally, by replacing the body force with a "smart" moving wall generating the spanwise wave. The wall movement is achieved through piezo-electric actuators placed underneath the wall, producing a sizable deflection via an array of cantilever beams, yielding the desired wall movement. The control module has been built and tested at the LEEI (ENSEEIHT, INPT). Key elements of wall turbulence are first reproduced by embedding large scale streaks within a laminar boundary layer. Measurements have first been focused on quantifying the effect of the actuators. In the presence of organized streaks the results have shown that the control module generally excites the instability of the streaks; some of these effects corroborate the numerical findings: the travelling wave affects the mean flow. In the turbulent case the effect produced is less remarkable. Further developments for an amelioration of the technique are discussed

Os resultados de uma simulação numérica são apresentados para amplitudes de vibração induzidas por um escoamento transversal num feixe tubular no regime de instabilidade fluidelástica.O feixe tubular considerado tem geometria e características iguais às de uma instalação equivalente descrita na literatura, para a qual estão disponíveis as medições experimentais das amplitudes de vibração no regime de instabilidade elástica.O arranjo tipo triângulo rodado tem uma relação passo/diâmetro de 1,375 e consiste de um tubo móvel cercado por 134 tubos rígidos.A simulação numérica foi efetuada através de um software comercial de CFD (Computational Fluid dynamics).Para a região em torno de cada tubo foi considerada uma malha com dimensões do elemento crescendo geometricamente na direção normal ao tubo com fator de crescimento 1,13 , sendo a dimensão do elemento adjacente ao tubo igual a 0,1% do diâmetro externo do tubo.Na simulação numérica o escoamento foi considerado incompressível, monofásico, turbulento e bidimensional. Os dados do escoamento foram considerados idênticos aos das experiências da instalação descrita na literatura.Os resultados obtidos para as amplitudes pela simulação numérica são comparados com os resultados obtidos experimentalmente na instalação acima citada.Os desvios da maioria dos valores calculados em relação aos valores experimentais estão numa faixa aceitável. Isto mostra que existe a possibilidade de utilização, num futuro próximo, de CFD para análise deste tipo de problemas.<br>Results from a numerical simulation are reported for amplitudes of cross-flow induced vibrations at the fluid elastic instability regime in a tube bank. The tube bank has identical geometry and characteristics as for an experimental facility described in the literature, for which there are experimental measurements of the amplitudes of vibrations at the fluid elastic instability regime.The rotated triangular array has a pitch ratio of 1.375 and consists of 1 movable tube surrounded by 134 rigid tubes. The numerical simulations were accomplished with a commercial CFD (Computational Fluid Dynamics) software. For the region around each tube, a mesh with elements dimensions growing geometrically normal to the tube was considered, with growing factor 1.13, and the dimension for the element adjacent to the tube wall was set to 0.1% of the tube external diameter. The flow was considered incompressible, monophasic, turbulent and two-dimensional for the numerical simulation. The flow data considered were the same as for the experiments at the facility. The results presented in this paper for the amplitudes obtained by numerical simulation are compared with the experimental results obtained in the above mentioned experimental facility.The differences between the calculated values and the experimental values are acceptable. This show that in the near future there is the possibility to use CFD for these kind of problems.

The transition from a laminar to a turbulent flow strongly modifies the boundary layer properties.Understanding the mechanisms leading to transition is crucial to reliably predict aerodynamicperformances. For boundary layers subjected to high levels of external disturbances, the naturaltransition due to the amplification of the least stable mode is replaced by an early transition, calledBypass transition. This is the result of non-normal mode interactions that lead to a phenomenon oftransient growth of disturbances. These disturbances are known as Klebanoff modes and take theform of streamwise velocity streaks.This thesis aims at understanding this linear mechanism of transient growth and quantifying itsinfluence on the classical modal amplification of disturbances. This is done by computing theso-called optimal perturbations, i.e. the initial disturbances that undergo maximum amplificationin the boundary layer.These optimal perturbations are first determined for two-dimensional compressible boundary layersdeveloping over curved surfaces. In particular, we show that Klebanoff modes naturally evolvetowards Görtler vortices that occur over concave walls. Three-dimensional boundary layers arethen considered. In such configurations, transient growth provides an initial amplitude to crossflowvortices. Finally, applying the tools developed in this thesis to new flow cases such as swept wingsprovides further understanding of the phenomenon of transient growth for realistic geometries<br>Le passage du régime laminaire au régime turbulent s’accompagne d’importantes modifications despropriétés physiques de la couche limite. La détermination précise de la transition est donc crucialedans de nombreux cas pratiques. Lorsque la couche limite se développe dans un environnementextérieur faiblement perturbé, la transition est gouvernée par l’amplification du mode propre le moinsstable. Lorsque l’intensité des perturbations extérieures augmente, des interactions multimodalesentraînent une amplification transitoire des perturbations. Ce phénomène peut conduire à unetransition prématurée, appelée transition Bypass. Les perturbations prennent alors la forme destries longitudinales de vitesse appelées modes de Klebanoff.L’objectif de cette thèse est d’étudier ce mécanisme linéaire de croissance transitoire et soninfluence sur l’amplification modale classique des perturbations. Cela passe par la déterminationdes perturbations les plus amplifiées au sein de la couche limite, appelées perturbations optimales.Ces perturbations optimales sont d’abord calculées pour des couches limites bidimensionnelles etcompressibles se développant sur des surfaces courbes. En particulier, on montre que les modes deKlebanoff évoluent vers les tourbillons de Görtler qui se forment sur des parois concaves. Le cas plusgénéral de couches limites tridimensionnelles est ensuite envisagé. Pour de telles configurations, lacroissance transitoire fournit une amplitude initiale aux instabilités transversales. Enfin, l’applicationdes outils développés dans cette thèse fournit de nouveaux résultats pour des cas d’écoulementsautour de géométries réalistes comme une aile en flèche

Cette thèse de doctorat se place dans la continuité de l’effort engagé par l’ONERA sur la compréhensiondes mécanismes de stabilisation des flammes diphasiques dans les moteurs aéronautiques. Ces travauxconcernent plus particulièrement la dynamique de sprays et de flammes perturbés par des ondes acoustiques.Ils étudient le rôle de l’injection de carburant liquide sur la réponse non linéaire de flammes stabilisée à l’avald’un injecteur industriel multipoint à zone centrale pilote. Sur la base de travaux antérieurs, l’objectif premierest d’étudier l’influence de perturbations acoustiques sur le comportement de l’injection de carburant liquide.Pour cela, une première configuration expérimentale simplifiée analyse l’influence de perturbationsacoustiques sur le comportement d’un jet liquide débouchant transversalement dans un écoulement d’air.Les résultats mettent en évidence les mécanismes d’atomisation du jet ainsi que son interaction avec desperturbations acoustiques. L’étude des phénomènes de transport du brouillard de gouttes montrel’apparition d’ondes de densité de gouttes. L’influence de la taille des gouttes sur ces phénomènes estcaractérisée. Le second objectif de ces travaux est d’analyser le comportement d’une flamme diphasique(kérosène/air) en présence d’excitations acoustiques. Dans ce cas, une deuxième configurationexpérimentale est mise en œuvre. Elle reproduit de manière réaliste les phénomènes rencontrés dans leschambres de combustion. Ce travail utilise l’approche « Flame Describing Function » (FDF). Pour cela, lesfluctuations du taux de dégagement de chaleur de la flamme sont caractérisées à partir d’une méthodeoriginale basée sur la mesure simultanée de la chimiluminescence de plusieurs radicaux. Les résultats sontobtenus pour deux configurations d’injection, l’une utilisant la zone pilote seul et l’autre l’injecteur dans sonintégralité. L’analyse des FDF met en évidence des phénomènes de saturation qui limitent la réponse de laflamme. La comparaison des résultats entre les deux configurations d'injection montre que le retard entre laréponse de la flamme et les perturbations de l’écoulement est fortement influencé par le mode d’injection.L’ensemble des résultats obtenus dans ces travaux constituent une base de donnée expérimentale pourvalider des simulations LES réactives et pour fournir un modèle de description du comportement de laflamme à des codes de simulation « bas ordre »<br>This PhD thesis supports the effort undertaken by ONERA to understand the mechanisms of stabilizationof two-phase flames in aeronautical engines. This work concerns more particularly the dynamics of spraysand flames disturbed by acoustic waves. This work studies the role of liquid fuel injection on the non-linearresponse of stabilized flames downstream of an industrial multipoint injector with a central pilot zone. Basedon previous work, the first objective is to study the influence of acoustic disturbances on the behavior ofliquid fuel injection in the multipoint zone. The observed phenomena are reproduced, in an idealized form,from a simplified experimental set up based on the configuration of a liquid jet injected into air crossflowsubmitted to an acoustic forcing. The results highlight the atomization mechanisms of the jet and itsinteraction with acoustic disturbances. The study of the spray shows the appearance of droplet densitywaves. The influence of drop size on these phenomena is characterized. The second objective of this workis to analyze the behavior of a two-phase flame (kerosene/air) disturbed by acoustic excitations. In this case,a second experimental configuration is implemented. This experimental set up reproduces in a realistic waythe phenomena encountered in combustion chambers. This work uses the "Flame Describing Function"(FDF) approach. In order to do this, the fluctuations of the heat release rate from the flame are characterizedusing an original method based on the simultaneous measurement of the chemiluminescence of severalradicals. The results are obtained for two injection configurations, one using the pilot zone alone and theother using the entire injector. The analysis of the FDFs reveals saturation phenomena which limit the flameresponse. Comparison of the results between the two injection configurations shows that the delay betweenflame response and flow disturbances is strongly influenced by the injection mode. All the results obtainedin this work constitute an experimental database to validate reactive LES simulations and to provide a modelfor describing the flame behavior in simulations based on "low order" approaches

<p> Lifted non-premixed turbulent jet flames in the Transverse Instability Combustor (TIC) have been analyzed using qualitative and quantitative methods. Lifted flames in the TIC have been observed to stabilize about zero to five injector exit diameters downstream of the dump plane into the chamber and exhibit pulsating, unsteady burning. Anchored flames immediately begin reacting in the injector recess and burn evenly in a uniform jet from the injector exit through the entire optically accessible region. Statistically significant, repeatable behavior lifted flames are observed. It is shown that the occurrence of lifted flames is most likely for an injector configuration with close wall-spacing, second greatest for a configuration with close middle-element spacing, and lowest for a configuration with even element-spacing. For all configurations, of those elements that have been observed to lift, the center element is most likely to lift while the second element from the wall was likely. Flames at the wall elements were never observed to lift. Evidence is shown to support that close injector element spacing and stronger transverse pressure waves aid lateral heat transfer which supports flame stability in the lifted position. It is hypothesized that the stability of lifted flames is influenced by neighboring ignition sources, often a neighboring anchored flame. It is also shown that instances of lifted flames increase with the root-mean-squared magnitude of pressure fluctuation about its mean (P’ RMS) up to a threshold, after which flames stabilize in the anchored recess position.</p> <p>Dynamic mode decomposition (DMD) and proper orthogonal decomposition (POD) analyses of CH* chemiluminescence data is performed. It is found that lateral ignition of the most upstream portion of lifted flames is dominated by the 1W mode. Furthermore, it is shown that low-frequency high energy modes with spatial layers resemble intensity-pulses, possibly attributable to ignition. These modes are trademarks of CH* chemiluminescent intensity data of lifted flames. It was also shown that the residence time in the chamber may be closely associated with those low-frequency modes around 200 Hz. DMD and POD were repeated for a downstream region on the center element, as well as a near-wall element, highlighting differences between the lifted flame dynamics in all three regions. </p> <p>It is shown that lifted flames are best characterized by their burning behavior and in rare cases may stabilize in the recess, while still being “lifted”. Furthermore, it is shown that flame position differentiation can extend into an initial period of highly stable combustor operation. Dynamic mode decomposition is explored as potential method to understand physical building blocks of proper orthogonal spatial layers. Non-visual indicators of lifted flames within the high-frequency (HF) pressure signal are sought to seek a method that allows for observation of lifted flames in optically inaccessible combustors, such as those in industry. Some attributes of power-spectral diagrams and cross-correlations of pressure signals are provided as potential indicators. </p>