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Dissertations / Theses on the topic 'Turbulence atmosphérique'
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Rodier, Quentin. "Paramétrisation de la turbulence atmosphérique dans la couche limite stable." Thesis, Toulouse 3, 2017. http://www.theses.fr/2017TOU30343/document.
Full textAbstract:
Améliorer la représentation de la couche limite stable constitue un des grands challenges de la prévision numérique du temps et du climat. Sa représentation est clé pour la prévision du brouillard, du gel des surfaces, des inversions de température, du jet de basse couche et des épisodes de pollution. De plus, à l'échelle climatique, la hausse de la température moyenne globale de l'air en surface impacte davantage les régions polaires : améliorer la représentation de la couche limite stable est un enjeu important pour réduire les incertitudes autour des projections climatiques. Depuis une quinzaine d'années, les exercices d'intercomparaison de modèles GABLS ont montré que le mélange turbulent dans la couche limite stable est généralement surestimé par les modèles de prévision du temps. En effet, de nombreux modèles intensifient artificiellement l'activité de leur schéma de turbulence afin d'éviter une décroissance inévitable du mélange lorsque la stabilité dépasse un seuil critique en terme de nombre de Richardson gradient. Ce problème numérique et théorique n'est pas en accord avec de nombreuses observations et simulations à haute résolution qui montrent une activité turbulente séparée en deux régimes : un régime faiblement stable dans lequel l'atmosphère est turbulente de manière continue et intense, et un régime très stable dans lequel la turbulence est très intermittente, anisotrope et faible en intensité. Ces travaux de thèse s'articulent autour de deux parties dont l'objectif principal est d'améliorer la paramétrisation de la turbulence dans le modèle atmosphérique de recherche Méso-NH développé conjointement par Météo-France et le Laboratoire d'Aérologie, et dans le modèle opérationnel AROME. Cette étude utilise une méthodologie communément employée dans le développement de paramétrisations qui consiste à comparer des simulations à très haute résolution qui résolvent les structures turbulentes les plus énergétiques (LES) à des simulations uni-colonnes d'un modèle méso-échelle. Plusieurs simulations 3D couvrant différents régimes de stabilité de l'atmosphère sont réalisées avec Méso-NH. Les limites du modèle LES en stratification stable sont documentées. Une première partie répond à la problématique de la surestimation du mélange dans le régime faiblement stable. Une expression originale pour la longueur de mélange est formulée. La longueur de mélange est un paramètre clé pour les schémas de turbulence associés à une équation pronostique pour l'énergie cinétique turbulente. Cette longueur de mélange non-locale combine un terme de cisaillement vertical du vent horizontal à une formulation existante qui repose sur la flottabilité. Le nouveau schéma est évalué dans des simulations 1D par rapport aux LES d'une part ; et dans le modèle opérationnel AROME par rapport aux observations de l'ensemble du réseau opérationnel de Météo-France d'autre part. Une deuxième partie apporte des éléments d'évaluation d'un schéma combinant deux équations pronostiques pour les énergies cinétiques et potentielles turbulentes. En condition stable, le flux de chaleur négatif contribue à la production d'énergie potentielle turbulente. L'interaction entre les deux équations d'évolution permet, via une meilleure prise en compte de l'anisotropie et d'un terme à contre gradient dans le flux de chaleur, de limiter la destruction de l'énergie turbulente dans les modèles. Dans les cas simulés, cette nouvelle formulation ne montre pas un meilleur comportement par rapport à un schéma à une équation pour l'énergie cinétique turbulente car le mécanisme d'auto-préservation n'est pas dominant par rapport au terme de dissipation. Il conviendra d'améliorer la paramétrisation du terme de dissipation dans le régime très stableThe modeling of the stable atmospheric boundary layer is one of the current challenge faced by weather and climate models. The stable boundary layer is a key for the prediction of fog, surface frost, temperature inversion, low-level jet and pollution peaks. Furthermore, polar regions, where stable boundary layer predominates, are one of the region with the largest temperature rise : the stable boundary layer modeling is crucial for the reduction of the spread of climate predictions. Since more than 15 years, the GABLS models intercomparison exercices have shown that turbulent mixing in the stable boundary layer is overestimated by numerical weather prediction models. Numerous models artificially strengthen the activity of their turbulence scheme to avoid a laminarization of the flow at a critical value of the gradient Richardson number. The existence of this threshold is only a theoretical and a numerical issues. Numerous observations and high-resolution numerical simulations do not support this concept and show two different regimes : the weakly stable boundary layer that is continuously and strongly turbulent; and the very stable boundary layer globally intermittent with a highly anisotropic and very weak turbulence. This thesis aims at improving the turbulence scheme within the atmospheric research model Méso-NH developped by Météo-France and the Laboratoire d'Aérologie, and the operational weather forecast model AROME. We use a traditional methodology based on the comparison of high-resolution simulations that dynamically resolve the most energetic turbulent eddies (Large-Eddy Simulations) to single-column simulations. Several LES covering the weakly and the very stable boundary layer were performed with Méso-NH. The limits of applicability of LES in stratified conditions are documented. The first part of the study deals with the overmixing in the weakly stable boundary layer. We propose a new diagnostic formulation for the mixing length which is a key parameter for turbulence schemes based on a prognostic equation for the turbulent kinetic energy. The new formulation adds a local vertical wind shear term to a non-local buoyancy-based mixing length currently used in Méso-NH and in the French operational model AROME. The new scheme is evaluated first in single-column simulations with Méso-NH and compared to LES, and then in the AROME model with respect to observations collected from the operational network of Météo-France. The second part presents a theoretical and numerical evaluation of a turbulence scheme based on two prognostic equations for the turbulent kinetic and potentiel energies. In stratified conditions, the heat flux contributes to the production of turbulent potential energy. The laminarization of the flow is then limited by a reduction of the destruction of the turbulent kinetic energy by a better representation of the anisotropy and a counter-gradient term in the heat flux. On the simulated cases, this new formulation behaves similarly than the scheme with one equation for the turbulent kinetic energy because the self-preservation mechanism is not dominant compared to the dissipation term. Further research should improve the turbulent kinetic energy dissipation closure in the very stable regime
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Diedhiou, Arona. "Étude des régimes d'ondes d'est et de leurs interactions avec la convection en Afrique de l'Ouest et sur l'Atlantique tropical." Paris 12, 1998. http://www.theses.fr/1998PA120055.
Full textAbstract:
Nous avons aborde l'etude des perturbations atmospheriques d'echelle synoptique en afrique de l'ouest et sur l'atlantique tropical. L'objectif est principalement de mieux cerner les caracteristiques de ces ondes et de contribuer a la comprehension des liens entre ces perturbations synoptiques et les precipitations. L'interet que ces perturbations ont suscite au debut des annees soixante dix, vient de la constatation qu'un certain nombre de cyclones tropicaux qui traversent les caraibes et parviennent ensuite sur la cote sud-est de l'amerique du nord pourraient etre lies a ces ondes d'est africaines. Par ailleurs, les recherches motivees par la recente periode prolongee de secheresse dans les regions soudano-saheliennes (depuis 1968), avec des consequences catastrophiques sur les ressources alimentaires et sur l'economie des etats concernes, ont permis de montrer que les precipitations sur ces regions sont, en partie liees a ces ondes d'est. Comprendre les proprietes, les caracteristiques, la variabilite de ces perturbations synoptiques ainsi que leur impact a l'echelle regionale est donc primordial. Nous nous interessons a deux types d'ondes synoptiques mis en evidence a partir d'analyses spectrales sur differentes variables de l'atmosphere en afrique de l'ouest et sur l'atlantique tropical : les ondes de periodes 3-5 jours et les ondes de periodes 6-9 jours. Nous avons profite de la volonte des centres de recherches meteorologiques americains et europeens de mettre en place une banque de donnees reanalysees, offrant pour la premiere fois l'opportunite d'etablir une climatologie des ondes d'est et d'etudier leur variabilite interannuelle a partir d'un jeu de donnees homogenes. Nous utilisons principalement les reanalyses americaines du ncep/ncar sur la periode 1979-1995 et a titre de comparaison ou de validation, celles, europeennes, du cepmmt entre 1979 et 1993. Pour l'etude des interactions avec la convection, l'orstom a mis en notre disposition sa base de donnees pluviometrique de 1979 a 1990 sur l'afrique de l'ouest. L'approche a partir d'analyses spectrales, de la transformee en ondelettes, de la classification automatique et de l'analyse en composantes complexes locales, sur 17 ans, a permis de distinguer deux regimes statistiques et meteorologiques d'ondes d'est, differents a l'echelle synoptique : un regime d'onde entre 3 et 5 jours et un autre, plus intermittent, entre 6 et 9 jours, en liaison avec les circulations anticycloniques des acores et de libye. Ces deux regimes d'ondes modulent differemment et significativement les precipitations, le flux de mousson et la convection en afrique de l'ouest. En regime 3-5 jours, les anomalies de precipitations sont uniformes sur toute l'afrique de l'ouest alors qu'en regime 6-9 jours ces anomalies ont une structure dipolaire avec, par exemple, un deficit pluviometrique au sahel et un excedent au sud. De meme, le maximum de convection se localise a des zones bien particulieres de ces perturbations. Ce travail a montre que l'occurrence et l'activite des systemes precipitants a l'echelle regionale pouvait appartenir a une perturbation de grande echelle en relation avec la variabilite climatique.
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Bekhouche, Samira. "Étude de la dispersion de scalaires passifs : couplage de la GILTT avec des modèles de dispersion latérale." Paris 12, 2007. http://www.theses.fr/2007PA120059.
Full textAbstract:
Le travail présenté dans cette thèse traîte de la dispersion de scalaires passifs par vents faibles à modérés. Il a pour objet d’évaluer l’apport des modèles de dispersion semi-analytiques apparus récemment (Moreira et al. , 2005a), pour la caractérisation de la dispersion atmosphérique. Deux approches sont considérées dans ce travail : a) la comparaison de ces modèles semi analytiques à d’autres modèles analytiques dédiés à la caractérisation de la dispersion par vents faibles à modérés, b) le couplage de ces modèles avec des profils de dispersion latérale dans le but de reconstruire des maximums de concentration des panaches. Lors de la comparaison, le modèle semi analytique dérivé de la GILTT (Generalized Integral Laplace Transform Technique) muni des paramétrisations de la diffusivité turbulente et du profil de vent, est confronté à deux modèles analytiques : le modèle gaussien et le modèle de faibles vents de l’IIT (Indian Institute of Technology) de Delhi. Au cours de cette évaluation, il apparaît que l’efficacité des modèles semi-analytiques est comparable à celles des modèles développés à l’IIT destinés à la caractérisation de la dispersion par faibles vents. La justification du couplage du modèle semianalytique avec des schémas de dispersion latérale repose, en partie, sur ses qualités intrinsèques, notamment le fait qu’une solution exacte de l’équation intégrée de transport-diffusion est obtenue par les méthodes dérivées de la GILTT, contrairement aux démarches conduisant à l’élaboration de modèles analytiques. Cette démarche est nouvelle et ouvre de nouvelles perspectives à l’utilisation de ce type de modèle. Plusieurs tests de couplages ont été conduits pour des expériences de dispersion atmosphérique par faibles vents provenant des bases de données du " Model Validation Tools Kits " et de l’EPAThis work presents the thesis that dedicates to the problem of the dispersion of the pollutants in low and moderate winds. The aim is to evaluate the contribution of the semi-analytical models that appears recently (Moreira et al. , 2005a) for the characterization of atmospheric dispersion. Two approaches described in this work relates to the following : a) the comparison of the analytical semi models to other analytical models dedicate to the characterization of dispersion in low and moderate winds. B) the combining semi-analytical models with their profiles of crosswind dispersion in order to rebuild the plumes maximal concentration. During the comparison the semi analytical model derives from the GILTT (Generalized Integral Laplace Transform Technical) with parameterizations of the vertical turbulent diffusivity and the wind profile is confronted to two analytical models : the Gaussian model and the model of low winds of IIT (Indian Institute of Technology) of Delhi. During this evaluation it appears that the effectiveness of the semi-analytical models is comparable to the developed models of IIT intended for the characterization of dispersion in low winds conditions. This procedure is new and opened for new perspectives of the usage of this model type. Several tests of this new approach have been done in low winds conditions using the data bases of "Model Validation Tools Kits" and of EPA. It appears that this combining is an alternative of the characterization of atmospheric dispersion in low and moderate winds conditions
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Réchou, Anne. "Structure turbulente de la couche limite atmosphérique marine (expérience SOFIA)." Toulouse 3, 1995. http://www.theses.fr/1995TOU30058.
Full textAbstract:
Une analyse de la structure de la couche limite atmospherique au-dessus de l'ocean a ete realisee a partir des mesures aeroportees effectuees pendant l'experience sofia, dans la region des acores, en 1992. Les conditions generales de l'experience etaient caracterisees par des situations meteorologiques anticycloniques, avec des vents faibles, des flux de surface faibles, donc une instabilite tres moderee. La couche limite etait surmontee de stratocumulus non homogenes, constituant une couche nuageuse non couplee avec la couche de melange dirigee par les flux de surface. L'etude des principaux moments turbulents montre que, malgre une flottabilite a la surface faible, la couche de melange se comporte comme une couche limite continentale convective, mais sans entrainement important au sommet. Une technique d'echantillonnage conditionnel, appliquee aux signaux turbulents, a permis de caracteriser les differentes particules qui composent le champ turbulent dans la couche limite. Ces particules ont ete decrites par la surface qu'elles occupent et par les quantites qu'elles transferent. L'analyse spectrale des signaux a permis d'analyser les differentes echelles de mouvement, et de quantifier leur importance respective dans les transferts turbulents. Enfin, les donnees obtenues sur une situation particuliere de l'experience ont pu etre comparees aux sorties d'un modele de type large eddy simulation
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Brixon, Laurent. "Etude de la faisabilité, de l'analyse par sondage laser des perturbations induites par la turbulence atmosphérique sur les fronts d'onde, et de la correction des perturbations de phase au moyen d'une otpique adaptative : application à l'observation astronomique." Aix-Marseille 2, 1989. http://www.theses.fr/1989AIX22030.
Full textAbstract:
Les heterogeneites de l'indice de l'air creees par la turbulence atmospherique deforment les fronts d'onde provenant des etoiles lors de leurs passages a travers l'atmosphere. Le probleme du manque de sources lumineuses qui permettraient l'analyse des fronts d'onde peut etre resolu en creant des etoiles artificielles au moyen de lasers focalises dans la haute atmosphere. La qualite des mesures des fronts d'onde depend essentiellement de 2 parametres: le parametre de fried et le domaine isoplanetique. Lers possibilites d'utilisation des couches atmospheriques situees vers 15 km ou des atomes de sodium situes a 90 km pour la mesure des fronts d'onde sont etudiees. Un systeme d'asservissement statique a optique adaptative est decrit, ce systeme permettant la correction des deformations de fronts d'onde lentement variables
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Seychelles, Fanny. "Turbulence bidimensionnelle et convection thermique : système modèle pour étudier les évènements rares en turbulence atmosphérique." Phd thesis, Bordeaux 1, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00914007.
Full textAbstract:
Depuis quelques années déjà, les films de savon représentent un cadre idéal pour étudier les écoulements 2D et également la turbulence bidimensionnelle ( Couder). Il s'agit ici d'étudier la convection thermique dans une demi-bulle de savon. Le gradient thermique entre l'équateur et le pôle engendre une turbulence autour de l'équateur et donne naissance à des structures tourbillonnaires uniques de grandes tailles proches du pôle. Je mettrais en évidence une dynamique identique entre les tourbillons formés à la surface de la demi-bulle et les systèmes que l'on observe dans la nature ( les ouragans), à savoir un comportement super-diffusif. Une étude de la turbulence engendrée par la convection thermique a également été réalisée. La température présente une transition étonnante d'un comportement intermittent pour les gradients de température faible, à un comportement non intermittent lorsque l'on accroît le gradient de température. Cette dynamique est corrélée avec celle du champ de vitesse qui montre également cette transition.
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Fesquet, Clément. "Structure de la turbulence atmosphérique à proximité de la surface." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2008. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00005520.
Full textAbstract:
La compréhension de la structure de la turbulence dans la couche de surface de l'atmosphère est cruciale pour l'amélioration de la prédiction du temps. Dans ce travail de thèse, nous nous appuyons sur des mesures de turbulence collectées par les anémomètres soniques de l'observatoire du SIRTA et sur des simulations numériques ("large eddy simulations") en 3-D à l'aide du modèle ARPS prenant en compte les interactions végétation/atmosphère, pour étudier la structure de la turbulence atmosphérique pour différents types de surface (champ, forêt, bâtiments). La turbulence est abordée de manière statistique, avec le calcul des variables moyennes telles que les flux turbulents, de quantité de mouvement et de chaleur, ou encore l'énergie cinétique turbulente, et de manière déterministe. Dans ce second cas, nous utilisons une méthode de détection des structures cohérentes, basée sur une transformée en ondelettes, afin de déterminer leurs propriétés telles que leur fréquence d'occurrence ou encore leur contribution relative aux flux turbulents. Les résultats de ce travail de thèse montrent principalement que malgré l'impact important de la complexité du terrain sur les variables moyennes de la turbulence que sont les flux ou l'énergie cinétique turbulente, des propriétés majeures des structures cohérentes (fréquence d'occurrence, durée et temps de séparation, contribution aux flux...) apparaissent indépendantes de la nature du terrain. Ce résultat est dû au fait que les structures cohérentes détectées à partir des séries temporelles de la température ou de la vitesse verticale sont représentatives de la turbulence active qui s'ajuste rapidement aux conditions locales de la surface.
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Bondeau, Christine. "Etude d'images perturbées par la turbulence atmosphérique : simulation et restauration." Dijon, 1999. http://www.theses.fr/1999DIJOS076.
Full textAbstract:
La turbulence atmosphérique perturbe l'observation à haute résolution. C'est un phénomène étudié depuis longtemps, en astronomie notamment. La présente étude porte sur le cas de l'observation d'un objet situé à environ vingt kilomètres, la propagation étant horizontale et près du sol, en infrarouge. Apres un rappel des effets de la turbulence en imagerie haute résolution, nous exposons la méthode de simulation qui nous permet de générer des images longue pose et des séquences d'images courte pose dégradées. L'évolution temporelle de la turbulence et les effets d'anisoplanétisme ont été pris en compte. Les images longue pose sont restaurées avec des algorithmes classiques de déconvolution. Les résultats ne sont satisfaisants que pour une faible perturbation. Il est plus avantageux d'exploiter des images courte pose, car elles contiennent plus de hautes fréquences spatiales ; mais l'objet observé y fluctue aléatoirement. On travaille donc ici à partir d'une séquence de plusieurs dizaines d'images. Deux approches sont proposées. L'une consiste à analyser statistiquement les régions de chaque image pour en extraire les plus représentatives et reconstituer ainsi l'objet réel. Les résultats sont alors nettement meilleurs. La seconde est une approche frontière. Une analyse du problème, basée sur la méthode du maximum de vraisemblance appliquée aux descripteurs de Fourier de la forme, permet d'établir que le contour le plus probable est obtenu par la moyenne de la position de chaque point de contour au long de la séquence. Nous déterminons ce contour soit grâce à un appariement multirésolution des contours point à point, d'une image sur l'autre, soit en appliquant un snake région, optimal au sens de la théorie statistique, que nous faisons évoluer avec l'objet au cours de la séquence ; dans ce dernier cas, l'appariement est automatiquement réalisé puisque l'on connait la position des noeuds du snake.
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Mahjoub, Saïd Nejla. "Etude de la diffusion d'un panache issu d'une cheminée : application à la maîtrise de la dispersion d'un polluant." Aix-Marseille 2, 2002. http://www.theses.fr/2002AIX22085.
Full text
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Abdoola, Rishaad. "Algorithmes pour la correction de la turbulence atmosphérique dans les nuages." Versailles-St Quentin en Yvelines, 2012. http://www.theses.fr/2012VERS0007.
Full textAbstract:
Un scintillement de chaleur se produit en raison d’un indice de réfraction de l'air qui diminue avec une augmentation de la température de l'air. Ainsi, Les objets apparaissent flous avec une légère oscillation quasi-périodique. Cela pose des limitations dans le traitement des images prises sur de longues distances qui impliquent une perte de détails dans les séquences vidéo. Trois algorithmes pour la restauration de séquences d'images dégradées par la turbulence atmosphérique sont élaborés et présentés. Une analyse comparative de ces algorithmes est effectuée. Les méthodes sont capables d'extraire une seule image géométriquement améliorée ou de filtrer une séquence complète avec turbulence. L’image extraite est généralement de meilleure qualité que celle extraite lors de l'utilisation des algorithmes GFATR simple (Generalized First Average Then Register) ou FRTAAS (First Register Then Average And Subtract). Elles préservent également mieux les bords et les lignes pour obtenir une géométrie amélioréeHeat scintillation occurs due to the index of refraction of air decreasing with an increase in air temperature, causing objects to appear blurred and waver slowly in a quasi-periodic fashion. This imposes limitations on sensors used to record images over long distances resulting in a loss of detail in the video sequences. Three algorithms for the restoration of image sequences degraded by atmospheric turbulence are developed and presented. A comparative analysis of these algorithms is performed. The methods are capable of extracting a single geometrically improved frame or filtering an entire turbulent sequence. The extracted frame is generally sharper than that when utilising simple GFATR (Generalized First Average Then Register) or FRTAAS (First Register Then Average And Subtract). It also better preserves edges and lines as well as being geometrically improved
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Buty, Didier. "Paramétrisation de la turbulence atmosphérique dans un code méso-météorologique tridimensionnel et non-hydrostatique." Lyon 1, 1988. http://www.theses.fr/1988LYO10104.
Full textAbstract:
Ce travail presente les developpements introduits dans un code tridimensionnel non-hydrostatique de simulation de la couche limite atmospherique a l'echelle regionale, en s'interessant particulierement aux problemes lies a la representation de la turbulence au moyen d'un modele a deux equations. Apres avoir decrit le modele, sont presentees des contributions relatives a la discretisation numerique des equations. En particulier, une methode iterative par blocs est adoptee pour la resolution du champ de pression, qui par un choix judicieux des blocs, permet la resolution du probleme aux echelles appropriees. Sont abordes ensuite les problemes de representation de la turbulence, pour lesquels est fait le choix d'un modele a deux equations. Le modele est teste sur des situation typiquement rencontrees dans les ecoulements meteorologiques et des modifications par rapport aux approches classiques sont proposees. On presente enfin les possibilites d'application du modele a des situations reelles en etudiant les phenomenes d'ondes de relief et des ecoulements locaux sur des regions a topographie complexe
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Dalaudier, Francis. "Influence de la stratification stable sur la turbulence atmosphérique : une contribution expérimentale." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 1986. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00304102.
Full textAbstract:
Une campagne de mesures simultanées obtenues d'une part in-situ par un ballon instrumenté entre le sol et 18 km d'altitude, d'autre part à distance par un radar Stratosphère-Troposphère permet une étude expérimentale du domaine d'échelles de la turbulence tridimensionnelle isotrope, de celui du champ d'ondes de gravité aléatoires et du domaine de transition entre ceux-ci. Divers résultats ont été obtenus: la turbulence inertielle n'est observable que si l'espace spectral disponible est suffisamment large et le caractère non-passif des fluctuations de température s'y manifeste clairement. L'anisotropie des fluctuations dans le domaine de transition est intermédiaire entre celles observées dans les domaines limitrophes et les mesures radar montrent qu'elle reste importante jusqu'à des échelles de l'ordre de 3 m.
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Caccia, Jean-Luc. "Télédetection de la turbulence atmosphérique par l'analyse statistique de la scintillation stellaire." Nice, 1987. http://www.theses.fr/1987NICE4129.
Full textAbstract:
On présente deux méthodes de télédétection des couches turbulentes atmosphériques utilisant l'analyse statistique de la scintillation d'une étoile simple : la première utilise des estimations de la corrélation spatiotemporelle monochromatique de la scintillation et la deuxième consiste en une analyse spatiale biochromatique de la scintillation. Un modèle prédictif du profil vertical de la turbulence est testé expérimentalement sur des données météorologiques réelles
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Schmitt, François. "Turbulence développée et multifractals universels en soufflerie et dans l'atmosphère." Paris 6, 1993. http://www.theses.fr/1993PA066639.
Full textAbstract:
La turbulence de l'atmosphère est une turbulence développée sur une très grande gamme d'échelle de temps et d'espace. Sur cette gamme, une cascade d'énergie invariante d'échelle se développe des grandes échelles vers les plus petites. Depuis les années 1960, de nombreux modèles de cascade ont été imaginés. Si ces modèles ont des points communs, ils n'en présentent pas moins des différences fondamentales. L'analyse empirique permet alors de mieux apprécier la pertinence ou non de certains points de vue théoriques. Nous nous plaçons ici dans le cadre d'une famille de cascades multiplicatives continues, définie comme l'attracteur universel des modèles stochastiques multiplicatifs continus. Ces cascades génèrent des multifractals qui ne dépendent que d'un nombre très réduit de paramètres statistiques (trois paramètres) ; ce sont les multifractals universels. Nous vérifions l'hypothèse d'universalité et nous déterminons expérimentalement ces trois paramètres fondamentaux pour la turbulence développée: nous analysons des données de vent de soufflerie, puis plusieurs bases de données de vent atmosphérique. Nous montrons que ces paramètres ne varient pas de façon significative pour la turbulence développée, et sont très stables pour les données atmosphériques. Ceci semble indiquer que ces trois paramètres ne dépendent que de propriétés très générales et fondamentales de la turbulence. Nous analysons ensuite les fichiers pour des échantillonnages croissants de façon à quantifier l'influence de l'échantillonnage sur les statistiques des valeurs extrêmes de la turbulence. Nous estimons un ordre expérimental de divergence des moments pour le flux d'énergie turbulente, théoriquement prévu dans le cadre des cascades canoniques. Cette divergence des moments correspond à une transition de phase multifractale de premier ordre, et quantifie le comportement extrême de la turbulence développée. Ces résultats permettent de caractériser toutes les statistiques de la turbulence ; aussi bien les fluctuations moyennes que les extrêmes
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Kellerer, Aglaé. "Assessing time scales of atmospheric turbulence at observatory sites." Paris 7, 2007. http://www.theses.fr/2007PA077085.
Full textAbstract:
La vie sur Terre est rendue possible grâce au rideau protecteur que constitue l'atmosphère avec sa masse équivalente à dix mètres d'eau, l'atmosphère est une condition préalable à l'apparition de la vie. Mais ce rideau rend la vie difficile aux astronomes qui préféreraient avoir une vue directe sur l'Univers. Il est donc indispensable de caractériser et de spécifier les conditions atmosphériques qui permettent la meilleure utilisation des systèmes d'optiques adaptatives et des interféromètres - les interféromètres, dont le potentiel est ici illustré à travers les observations d'un système de trois étoiles, δ Velorum. Le temps de cohérence de la turbulence est un paramètre essentiel qui détermine la sensibilité des interféromètres et la performance des systèmes d'optiques adaptatives. Il existe plusieurs instruments qui mesurent le temps de cohérence ou des paramètres reliés, mais tous ces instruments ont des limitations intrinsèques: ou bien ils nécessitent de grands télescopes, ou bien l'analyse des données est complexe, ou encore la méthode n'est sensible qu'à une partie de la turbulence. C'est pourquoi les campagnes de tests de sites et de monitoring reposent principalement sur la mesure du seeing, avec des instruments comme le Differential Image Motion Monitor, DIMM. Pour palier à ce manque, nous avons proposé un instrument pour mesurer le temps de cohérence: le Fast Defocus Monitor, FADE. La méthode consiste à transformer l'image d'une étoile, à travers un petit télescope de 0. 35 m de diamètre, en un anneau fin. La turbulence cause alors des variations temporelles du rayon de l'anneau, dont la vitesse et l'amplitude sont reliées au temps de cohérence et au seeing. Cette méthode est présentée ici avec les résultats de premières observationsThe research brought together in this thesis is concerned with the distortion of astronomical observations due to atmospheric fluctuations. These fluctuations are especially critical for the technique of interferometry whose potential is here exemplified by the study of δ Velorum. The focus of the research is, accordingly, on improved methods to assess the changing viewing conditions at existing observatories, as well as to determine the suitability of potential observatory sites. Site-testing and site-monitoring missions are usually directed at the assessment of the Fried parameter with instruments such as the Differential Image Motion Monitor, DIMM. An estimation of the coherence time requires then, in addition, wind-speed measurements by weather stations. A more refined evaluation is obtained with instruments such as the Multi Aperture Scintillation Sensor, MASS, that measure the altitude profiles of the index structure constant, C 2 n, and the wind speed with a resolution of about 500 m, and infer the coherence time from the integrated turbulence profiles. The main error in the estimated coherence time results from the turbulence below 500 m altitude not being accounted for. To avoid these complexities, we suggest the direct measurement of a quantity proportional to the coherence time. The variance of the defocus velocity is a suitable option, because it can be evaluated through fast and continuous sampling of the atmospheric defocus coefficient. The concept of a Fast Defocus Monitor, FADE, an instrument using a small telescope, some simple optics and a fast camera is described, and first measurements are presented. The final aim is to use FADE for site monitoring and site testing campaigns. A particularly challenging and interesting project will be to monitor the coherence time at Dome C
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Hallali, Ruben. "Variabilité de la réfractivité dans la couche limite atmosphérique par observation radar." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLV083/document.
Full textAbstract:
L'observation de la variabilité de l'humidité dans les basses couches de l'atmosphère peut être réalisée en passant par la mesure du paramètre thermodynamique appelé réfractivité. Les radars météorologiques peuvent mesurer les changements de réfractivité dans la couche limite de l'atmosphère en exploitant la phase des signaux de retour des cibles fixes situées aux alentours. La cartographie de ce paramètre a été mise en place à plusieurs reprises lors de campagne de mesures aux Etats-Unis et en Europe, ce qui a démontré qu'elle est maintenant possible dans un rayon de 30 km autour du radar, avec une résolution temporelle de 15 minutes et une résolution spatiale de 5 km. . Un travail de simulation fait par Besson et al. 2012, à l'origine fait pour étudier les sources d'erreur de repliement de la phase, a permis de montrer que la variabilité de la réfractivité augmente considérablement notamment pendant les après-midi et l'été. Depuis trois ans, le travail mené au LATMOS et à Météo-France a consisté à étudier la possibilité de mesurer les fluctuations à l'échelle hectométrique dans l'atmosphère en utilisant la variabilité de la réfractivité. La première étape de ce travail, basée sur un jeu de données issues des réseaux opérationnels de Météo-France (stations automatiques et radar de Trappes) a permis d'établir un lien clair entre les variabilités à 5 minutes, de la réfractivité radar, et de la réfractivité in-situ.La deuxième étape du travail a consisté à regarder la nature de ce lien à plus petite échelle pour comprendre les limites éventuelles de la mesure. Ainsi, une campagne de mesure, TeMeRAiRE (Test de la Mesure de Réfractivité Atmosphérique par Radar à l'Echelle hectométrique) a été menée durant l'été 2014 sur le site instrumenté du SIRTA. Afin de se placer en conditions contrôlées, deux radars ont été placés en visée fixe et horizontale vers 4 réflecteurs connus. L'échantillonnage temporel était de 0,25s pour BASTA et de 1,5ms pour CURIE. Des stations de mesures in-situ ont également été placées à côtés des cibles. Les premiers résultats montrent que la mesure de réfractivité, et de sa variabilité, est possible aux fréquences utilisées (bande X et bande W), ce qui constitue en soi une première. Nous avons aussi pu démontrer que la différentiation spatiale conduit à une résolution spatiale de l'ordre de 100m, et proposer une explication pour un comportement spécifique, et très localisé, de la réfractivité sur le site du SIRTA. e but est maintenant de regarder, par le biais de comparaisons entre les différents instruments, si la mesure radar de la variabilité de la réfractivité dans un volume d'atmosphère constitue effectivement une mesure locale, et si cette dernière peut donner une information sur l'état turbulent de l'atmosphère et son évolutionWeather radars can retrieve refractivity changes based on phase variations of stationary targets. These retrievals provide valuable information of moisture in the atmospheric boundary layer along the radar path. Recent work on errors associated with these retrievals has shown that the refractivity variability is stronger during the afternoon and the summer season. This observation has led us to study further the link between the refractivity variability measured by radar and the small scales atmospheric fluctuations. First, we compared the variability of the refractivity retrieved from operational weather radars operating at C-band (5.6 GHz) to the variability of the refractivity directly measured by Automatic Weather Stations (AWS). A strong correlation between the two measurements was shown with a negative bias increasing with range from the radar. The bias is well explained when the variability signal is strong if one considers the model of a frozen turbulence transported by the wind. In winter, the measured variability was weaker and close to quantization noise of the AWS measurements, so it was more difficult to draw thesame conclusions. Overall, we were able to demonstrate qualitatively and quantitatively that the refractivity variability retrieved using the radar observations and measured by AWS stations is due to low-level coherent turbulent structures. Next, in order to obtain information at hectometre’s scales, a dedicated field campaign was conducted at SIRTA atmospheric observatory, near Paris. From June to September 2014 two radars (a 94 GHz W-band and a 9.5 GHz X-band radar) were pointing horizontally toward four corner reflectors aligned along a 700 meters line. Two wind and humidity high frequency measurement towers were deployed near the targets. Inter-comparisons between radar and in-situ refractivity measurement also showed a very good correlation. We finally demonstrated the possibility to compute radar refractivity on the path between two targets separated by 50 to 350 m and used this measure of the local variability of the refractivity to identify boundary processes linked to low level atmospheric turbulence
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Petit, Cyril. "Etude de la commande optimale en OA et OAMC, validation numérique et expérimentale." Paris 13, 2006. http://www.theses.fr/2006PA132038.
Full textAbstract:
La turbulence atmosphérique limite sévèrement la formation d'images par les télescopes astronomiques au sol. L'Optique Adaptative (OA) est une technique de correction en temps réel des effets de la turbulence permettant d'améliorer la résolution angulaire des télescopes. Aujourd'hui mûre, cette technique se heurte toutefois à certaines limitations technologiques et fondamentales ayant amené au développement de nouveaux concepts d'OA, à très haute dynamique ou à grand champ (OA Multi-Conjuguée ou OAMC). Les lois de commande classiquement utilisées dans les systèmes d'OA sont toutefois peu adaptées à ces nouveaux concepts plus complexes. L'objectif de cette thèse est d'étudier une commande optimale au sens de la variance minimale, à la fois sur le plan théorique et expérimental, dans un contexte d'OA et d'OAMC. La loi de commande obtenue, de type Linéaire Quadratique Gausienne (LQG), est analysée et les contraintes d'implantation, du point de vue algorithmique et modélisation, sont évaluées. Nous proposons également de gérer des perturbations additionnelles généralement rencontrées sur les systèmes (vibrations. . . ). Enfin, nous présentons les premières validations expérimentales d'une commande de ce type en OA et dans un cadre d'OAMC simplifiée. Le gain en performance, par rapport à des lois de commande classiques, est très important et corrobore les résultats de simulation numérique. Nous évaluons enfin les performances de la commande LQG sur des systèmes d'OAMC pour le VLT par le biais d'une simulation numérique réaliste. L'ensemble des résultats obtenus confirment l'apport très significatif de cette approche et sa souplesse pour gérer à la fois des géométries d'analyse complexes et l'optimisation de la correction dans des champs d'intérêt spécifiquesAstronomical imaging from ground-based telescopes is strongly degraded by the atmospheric turbulence. Adaptive Optics (AO) provides real time correction of the turbulence effects, increasing angular resolution. However, technological and fundamental limitations restrict the performance of AO. High dynamic AO (or eXtreme AO - XAO) and wide field of view AO(Multi-Conjugate AO - MCAO) have been proposed to overcome these effects. But control laws classically used in AO are unsuited for these more complex applications. The goal of this thesis is to investigate an optimal control law, in terms of minimum variance, on both theoretical and experimental grounds. This Linear Quadratic Gaussian typecontrol law is analysed and its implementation constraints are evaluated in terms of algorithms and models. We also propose to deal with additive perturbations such as vibrations, present on most systems. Finally, we present the first laboratory validation of this kind of control law in AO and on a simplified MCAO system. A huge gain in performance is brought by our control law compared to more classical ones. These results are comforted by numerical simulations. Performance of the LQG control on VLT-like MCAO systems is thenestimated thanks to numerical simulation. All these results confirm the significant gain brought by our approach and its flexibility to handle both complex wave-front sensing geometries and optimisation of the correction in specific fields of interes
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Vérinaud, Christophe. "Correction partielle des effets de la turbulence atmosphérique en interférométrie optique : traitement des données et développement d'optiques adaptatives pour l'interféromètre G12T." Nice, 2000. http://www.theses.fr/2000NICE5485.
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Delboulbé, Eric. "Simulation numérique des écoulements de couche limite atmosphérique autour de structures bâties." Aix-Marseille 2, 1997. http://www.theses.fr/1997AIX22070.
Full textAbstract:
Cette etude est consacree a la simulation numerique des ecoulements atmospheriques se developpant autour de structures baties a l'aide du code storm (cfd2000) aux volumes finis et de modeles de turbulence du premier ordre. Une importante etude bibliographique a prealablement ete realisee afin d'evaluer les lois de profil propres aux ecoulements atmospheriques, pour les diverses variables dynamiques, thermiques et turbulentes, qui sont ensuite introduites dans les simulations sous forme de conditions limites d'entree. Un travail d'optimisation a ensuite effectue afin de quantifier l'influence de parametres numeriques tels que la taille du domaine de calcul et celle des mailles proches des parois des batiments etudies. Les premiers resultats presentes montrent la dependance des resultats des simulations vis a vis de la valeur du nombre de reynolds et de l'importance de la rugosite du sol terrestre autour du batiment. Les resultats de l'etude consacree a la modelisation turbulente, montrent que le choix d'une valeur de la constante c# voisine de 0. 02 pour la couche limite atmospherique doit etre repercute sur la valeur de la constante # (en raison de l'interdependance de toutes les constantes apparaissant dans le modele k - ). Cette etude confirme egalement le fait que l'utilisation du modele k - rng permet de resoudre en grande partie les problemes de surdiffusion du modele standard. La derniere etude concerne l'influence de la statification thermique de la couche limite atmospherique. La comparaison des simulations basees sur les differentes theories de similitude dans le cas stable montre que cette parametrisation n'engendre pas de differences significatives sur les ecoulements autour de batiments de hauteur inferieure a 40 m. Par contre il est demontre que l'intensite de la stratification thermique joue un role important sur la structure de l'ecoulement etudie.
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Védrenne, Nicolas. "Propagation optique et correction en forte turbulence." Nice, 2008. http://www.theses.fr/2008NICE4085.
Full textAbstract:
L’optique adaptative multi-conjuguée (OAMC) a été proposée en astronomie pour augmenter le champ de correction de l’optique adaptative. En imagerie terrestre, les effets de la turbulence atmosphérique sont plus importants : le champ de correction est encore plus faible et les effets diffractifs de la propagation ne peuvent être négligés. L’objectif de cette thèse est de déterminer les performances et les limites de l’OAMC lorsque les effets de la propagation sont pris en compte. Pour cette étude, nous nous sommes placés dans une configuration idéale où les effets de la turbulence sont simulés par deux couches parfaitement conjuguées avec deux miroirs déformables. Nous avons montré que l’OAMC pourrait permettre d’apporter une correction satisfaisante même dans les cas de très fortes perturbations. La limitation ultime de la correction est due à la troncature de la pupille qui provoque en particulier des fluctuations d’intensité dans le plan image de la pupille. Nous avons proposé un modèle de réponse impulsionnelle prenant en compte ces effets. Nous avons montré que ces fluctuations représentent un problème majeur pour la mise en œuvre d’une OAMC en perturbant la mesure de front d’onde. Parallèlement, en se plaçant dans le cadre des faibles perturbations, nous avons évalué analytiquement les corrélations des mesures de l’analyseur de Shack-Hartmann (pentes et intensités) en fonction du profil de Cn2. Nous avons utilisé ce formalisme pour étudier l’erreur d’anisoplanétisme sur les mesures de front d’onde par Shack-Hartmann avec un objet étendu. Nous avons ensuite montré qu’il était possible de l’appliquer à la détermination du profil de Cn2 par inversion des mesuresMulti-conjugate Adaptive Optics (MCAO) has been suggested in astronomy to increase the correction field of adaptive optics. The effects of atmospheric turbulence are stronger in case of near to ground observations: the correction field is smaller and diffractive effects of the propagation can no longer be neglected. The main purpose of this work is to study MCAO performances and limitations when the diffractive effects of the propagation are taken into account. We have considered an ideal configuration of two layers and two exactly conjugated dynamical mirrors. We show that MCAO may provide a good correction even if perturbations are strong. We observe that the limitation to a perfect correction comes from pupil truncation effects. They cause intensity fluctuations in the conjugated plane of the pupil. We propose a model of the point spread function which takes into account those effects. Concerning intensity fluctuations, we demonstrate that they can strongly affect wavefront measurement and therefore jeopardise MCAO systems operation. Finally, in the framework of the small perturbations approximation, we have expressed analytically the correlations between Shack-Hartmann data (slopes and intensities) as functions of the Cn² profile. This formalism is used to study anisoplanatism effects on wavefront measurement with a Shack-Hartmann operating on extended sources. We also demonstrate that it can be used to recover the Cn² profile by data inversion
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Le, Roy Pascal. "Cascade inverse et dispersion turbulente en turbulence bidimensionnelle." Phd thesis, Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, 1988. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00529772.
Full textAbstract:
Cette thèse étudie la turbulence bidimensionnelle au moyen de simulations numériques. La turbulence bidimensionnelle intéresse surtout les météorologues et les océanographes car elle constitue une première approximation de leurs écoulements. Mon travail sur le modèle de turbulence bidimensionnelle du Laboratoire de Météorologie Dynamique a consisté à la fois en l'amélioration du modèle et la réalisation de diverses expériences sur ce modèle. La principale amélioration apportée au modèle est la mise au point d'une bonne modélisation de la cascade inverse d'énergie, i.e. une simulation plus réaliste des plus grandes échelles de l'écoulement. Les expériences réalisées sur ce modèle amélioré concernent la dispersion (absolue ou relative), i.e. nous simulons l'advection de flotteurs lagrangiens par l'écoulement. Les résultats obtenus diffèrent sensiblement des conjectures théoriques et nous obligent à envisager une approche différente de la dispersion turbulente. J'ai ajouté le travail d'une année, réalisé comme scientifique du contingent à l'Institut de Mécanique de Grenoble, sur les instabilités qui se développent dans une couche de mélange bidimensionnelle.
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Kubwimana, Thierry. "Simulation de l'écoulement atmosphérique au voisinage d'une tête de tunnel." Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEC023.
Full textAbstract:
La conception d’un système de ventilation mécanique dans un tunnel nécessite de recenser tous les phénomènes physiques mis en jeu dans le mouvement de l’air dans le tunnel. Et ceci afin d’établir les capacités de ventilation nécessaires au regard d’objectifs règlementaires. On peut compter parmi ces phénomènes les effets atmosphériques, et notamment l’effet du vent, susceptible de générer des surpressions ou dépressions à proximité des ouvertures d’un tunnel et par conséquent d’induire ou de modifier un courant d’air établi à l’intérieur de celui-ci. Le présent travail entend contribuer à une meilleure compréhension ainsi qu’à une meilleure prise en compte de l’écoulement atmosphérique extérieur dans les études de ventilation de tunnel.Modélisations expérimentale et numérique ont été mises en œuvre pour cela. Des essais en soufflerie ont été menés dans la soufflerie atmosphérique de l’École Centrale de Lyon et ont fait appel à différentes techniques (PIV, anémométrie à fils chauds, micromanomètre) pour mesurer les caractéristiques moyennes et turbulentes de l’écoulement atmosphérique au voisinage d’un tunnel. Et nous avons également employé les approches numériques moyenne (RANS) et filtrée (LES) pour simuler l’écoulement atmosphérique autour d’un tunnel.La représentation de l’écoulement atmosphérique, instationnaire et turbulent, en entrée d’un domaine de calcul LES pose des difficultés. Nous avons, au cours de ce travail, implémenté un générateur synthétique de conditions amont dans le code de calcul FLUENT et, à l’appui des résultats expérimentaux, établi le paramétrage optimal d’une simulation LES de couche limite atmosphérique pleinement rugueuse.Deux configurations de tunnel ont ensuite été étudiées par voies numérique et expérimentale. Dans une première série d’essais, le champ de pression sur la tête d’un tunnel assimilée à la section frontale d’une cavité parallélépipédique a été étudié. Les comparaisons entre les différentes approches ont mis en évidence l’influence de la géométrie du tunnel et du bâti environnant, ainsi que la meilleure performance de l’approche LES dans la caractérisation de l’écoulement turbulent. Et dans une deuxième série d’essais, nous nous sommes rapprochés d’une configuration réelle et avons instrumenté une maquette de tête de tunnel ouverte dans lequel nous pouvions créer un courant d’air dirigé vers l’intérieur ou l’extérieur de l’ouvrage. Les résultats ont montré une interaction importante entre la couche limite atmosphérique et le jet pariétal tridimensionnel issu du tunnelThe design of a mechanical ventilation system in a tunnel requires to identify all the physical phenomena involved in the movement of the air in the tunnel. That is in order to establish the necessary ventilation capacities with regard to regulatory objectives. Atmospheric effects feature among the mechanisms likely to generate overpressures or depressions near the openings of a tunnel and consequently to induce or to modify the airflow established inside. This research work intends to contribute to a better understanding as well as a better consideration of the external atmospheric effects in tunnel ventilation studies.Experimental and numerical modeling have been completed. Wind tunnel tests were carried out in the atmospheric wind tunnel of the École Centrale de Lyon and used different techniques (PIV, hot wire anemometry, micromanometer) to measure the mean and turbulent statistics of the atmospheric flow in the vicinity of a tunnel. Time averaged (RANS) and filtered (LES) turbulence models were also used to simulate the atmospheric flow around a tunnel.The suitable representation of the unsteady turbulent atmospheric flow at the inlet of an LES computational domain remains an issue. During this work, we implemented a synthetic turbulence generator in the CFD code Fluent and, through comparison with experimental data, derived the optimal setup for the simulation of a fully rough atmospheric boundary layer.Thereafter, two tunnel configurations were studied by numerical and experimental means. In a first series of tests, the pressure field at the front section of a rectangular cavity was studied. The comparisons between the different approaches highlighted the influence of the geometry of the tunnel and the arrangement of the surrounding urban-like environment, as well as a better performance of the LES model in the description the turbulent flow. And in a second series of tests, we got closer to a realistic configuration and instrumented an open tunnel in which we could create an airflow directed towards the outside or the inside of the structure. The results showed a significant interaction between the atmospheric boundary layer and the three-dimensional wall jet from the tunnel
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Wei, Xiao. "Experimental and numerical study of atmospheric turbulence and dispersion in stable conditions and in near field at a complex site." Thesis, Paris Est, 2016. http://www.theses.fr/2016PESC1012/document.
Full textAbstract:
Un programme expérimental a été conçu afin d'étudier la dispersion des polluants sur un terrain complexe avec un accent mis sur des conditions stables qui restent délicates pour la modélisation numérique. Ce programme expérimental est mené sur le site du SIRTA dans la banlieue sud de Paris et consiste à mesurer en champ proche la turbulence et la dispersion des polluants. L'objectif de ce programme est de caractériser la structure fine de la turbulence et de la dispersion associée par des mesures à haute résolution temporelle et spatiale. Ensuite, ces mesures permettent de valider et d'améliorer la qualité de simulations CFD pour la turbulence et la dispersion sur un site fortement hétérogène. Le dispositif instrumental comprend 12 anémomètres ultrasoniques mesurant en continu la vitesse du vent et la température à 10 Hz, et 6 détecteurs à photo-ionisation (PID) mesurant la concentration de gaz à 50 Hz pendant des essais de traçage. Plusieurs périodes d’observations intensives (POIs) avec des rejets de gaz ont été réalisées depuis Mars 2012.Tout d'abord, une étude détaillée de l'écoulement du vent sur le site est réalisée, car l’écoulement doit être caractérisé et correctement simulé avant de simuler la dispersion des polluants. Cette étude est basée sur deux ans de mesures en continu et sur les mesures acquises durant les POIs. La forte anisotropie de la turbulence dans la couche de surface est caractérisée à l’aide du calcul des variances, des échelles de longueur intégrales et des spectres des trois composantes de la vitesse du vent. La propagation des structures turbulentes entre les capteurs est caractérisée en utilisant les corrélations de vitesse. Les spectres de vitesse montrent plusieurs pentes dans différentes zones de fréquence. En outre, l’analyse des données montre l’impact de l'hétérogénéité du terrain sur les mesures. La forêt au nord du site expérimental modifie la vitesse et la direction du vent pour un grand secteur nord. Il induit un fort cisaillement de la direction du vent et une décélération en dessous de la hauteur de la forêt. Les simulations numériques sont effectuées avec le code de CFD Code_Saturne en mode RANS avec une fermeture k-ε adaptée pour les écoulements atmosphériques et un modèle de canopée pour la forêt. Ces simulations reproduisent correctement les caractéristiques de l'écoulement moyen sur le site des mesures, en particulier l'impact de la forêt pour les différentes directions du vent et pour la stratification neutre et stable. Les résultats de simulation montrent aussi le cisaillement de direction du vent et l’augmentation de l’énergie cinétique turbulente induits par la forêt. Une étude de sensibilité montre que ces effets sur l'écoulement s’accentuent quand la densité foliaire augmente. L’étude de dispersion est réalisée pour plusieurs POIs. L’analyse des données de concentration montre la cohérence avec les mesures de campagnes précédentes réalisées dans des zones proches de la source. Les fluctuations de concentrations sont caractérisées à travers les séries temporelles, l'histogramme et l'analyse statistique des concentrations. Une zone inertielle peut également être identifiée dans les spectres de concentration. Ensuite, la dispersion des polluants est modélisée par les équations de transport pour la concentration et sa variance. La concentration moyenne est globalement en bon accord avec les mesures pour toutes les POIs étudiées. L’accord avec les mesures sur la position du maximum de concentration dépend de la précision de la rotation du vent simulée en-dessous de la hauteur de la forêt. Les fluctuations de concentration obtenues dans les simulations semblent être affectées de manière significative par la condition initiale et la modélisation du terme de dissipation. Une étude de sensibilité à la paramétrisation est ensuite présentéeAn experimental program has been designed in order to study pollutants dispersion at a complex site with a focus on stable conditions, which are still challenging for numerical modelling. This experimental program is being conducted at the SIRTA site in a southern suburb of Paris and consists in measuring, in near field, the turbulence and the pollutants dispersion. The aim of this program is to characterize the fine structure of turbulence and associated dispersion through high temporal and spatial resolution measurements. Then, these measurements allow to validate and improve the performance of CFD simulation for turbulence and dispersion in a heterogeneous field. The instrumental set up includes 12 ultrasonic anemometers measuring continuously wind velocity and temperature at 10 Hz, and 6 photo-ionization detectors (PIDs) measuring gas concentration at 50 Hz during tracer tests. Intensive observations periods (IOPs) with gas releases have been performed since March 2012.First of all, a detailed study of flow on the site is made, because it must be characterised and properly simulated before attempting to simulate the pollutants dispersion. This study is based on two years of continuous measurements and on measurements performed during IOPs. Turbulence strong anisotropy in the surface layer is characterized by calculating variances, integral length scales and power spectra of the three wind velocity components. Propagation of turbulent structures between sensors has been characterized with velocity correlations. Energy spectra show several slopes in different frequency regions. Also, data analyses show impact of terrain heterogeneity on the measurements. The forest to the north of experimental field modifies wind velocity and direction for a large northerly sector. It induces a strong directional wind shear and a wind deceleration below the forest height. Numerical simulations are carried out using the CFD code Code_Saturne in RANS mode with a standard k-ε closure adapted for atmospheric flows and a canopy model for the forest. These simulations are shown to reproduce correctly the characteristics of the mean flow on the measurements site, especially the impact of the forest for different wind directions, in both neutral and stable stratification. Simulations results also show the directional wind shear and the turbulent kinetic energy increase induced by the forest. A sensitivity study has been made for various values of forest density and shows that the typical features of canopy flow become more pronounced as canopy density increases. Pollutants dispersion study are made for several IOPs. Concentration data analysis shows a consistency with previous measurements made in a near-source region where the plume scale is smaller than the large-scale turbulence eddies. Concentration fluctuations are characterized through concentration time series, histogram and statistical analysis. The internal subrange can be observed in the concentration spectra. Next, pollutants dispersion are modelled by transport equations for concentration and its variance. The mean concentrations show a good agreement with measurements in values for all the IOPs studied, except that the position of the concentration peak depends on the accuracy of simulated wind rotation below the forest height. The concentration fluctuations obtained from simulations seem to be affected significantly by the initial condition and the modelling of the dissipation term. A sensitivity study to the parameterisation is then presented
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Forget, Pierre. "Étude de l'effet de la turbulence atmosphérique sur les vibrations éoliennes de câbles." Thesis, National Library of Canada = Bibliothèque nationale du Canada, 2000. http://www.collectionscanada.ca/obj/s4/f2/dsk1/tape4/PQDD_0034/MQ67267.pdf.
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Voyez, Juliette. "Mesures optiques de profils de turbulence atmosphérique pour les futurs systèmes d'optique adaptative." Phd thesis, Université Nice Sophia Antipolis, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00975076.
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L'optique adaptative classique est limitée par l'anisoplanétisme. Pour remédier à cette limitation, de nouveaux concepts, appelés optiques adaptatives grand champ, ont été développés. Ces systèmes analysent la turbulence atmosphérique dans le volume, ce qui accroît le champ de correction. Ces techniques requièrent une connaissance précise du profil de Cn2. Mon étude consiste à valider sur le ciel une nouvelle technique de mesure du profil de Cn2, appelée CO-SLIDAR, à partir des corrélations des mesures de pentes et de scintillation réalisées avec un analyseur Shack-Hartmann sur étoile binaire. Elle s'organise autour de deux grands axes. On réalise d'abord une simulation bout-en-bout de la reconstruction du profil de Cn2 dans un cas concret d'observation astronomique. On peut ainsi étudier l'impact des différentes sources d'erreur sur la reconstruction du profil de Cn2. Ceci nous permet d'améliorer la procédure d'estimation du profil de Cn2, en prenant en compte les bruits de détection. La deuxième partie de mon étude se consacre à la validation expérimentale. On dimensionne et caractérise en laboratoire un banc d'acquisition, le banc ProMeO. Ceci conduit à une bonne connaissance du fonctionnement du banc et nous permet de corriger certains effets instrumentaux. Le banc ProMeO est finalement couplé au télescope MeO de 1,5 m de diamètre. Les données acquises permettent une reconstruction du profil de Cn2, du sol jusqu'à 17 km, avec une résolution de 600 m. Les profils obtenus par la méthode CO-SLIDAR sont comparés avec succès à des profils issus de données météorologiques. L'ensemble de ces travaux constitue la première validation sur le ciel de la méthode CO-SLIDAR.
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Forget, Pierre. "Étude de l'effet de la turbulence atmosphérique sur les vibrations éoliennes de câbles." Mémoire, Université de Sherbrooke, 1998. http://savoirs.usherbrooke.ca/handle/11143/1088.
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Le présent travail présente un modèle permettant de représenter le mouvement d'un cylindre soumis à un écoulement qui varie périodiquement dans le temps. Cette variation lente permet à l'aide du modèle d'analyser le comportement du système lorsqu'il est soumis à des turbulences à grande échelle. Certaines données nécessaires au modèle doivent être obtenues à partir de résultats expérimentaux. Il est ensuite possible de déterminer les paramètres manquants pour représenter l'amortissement aérodynamique du système. La modélisation du système touche les modes 2P et 2S ainsi que la bifurcation. Suite à la validation avec les données expérimentales, le modèle numérique permet d'évaluer le comportement du système lorsque soumis à un écoulement fluctuant de façon sinusoïdale. La zone ciblée touche la plage de synchronisation mais le modèle numérique permet aussi d'en sortir. Les résultats démontrent que le changement continuel du type d'émission tourbillonnaire influence énormément l'amplitude et que cette dernière se trouve généralement plus réduite lorsque l'écoulement varie. La période et l'amplitude de la variation périodique de l'écoulement jouent un rôle important pour les vibrations éoliennes.
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Binet, Tarbé de Vauxclairs Renaud. "Synthèse d'ouverture active par holographie numérique : application à la correction de turbulence atmosphérique." Paris 11, 2003. http://www.theses.fr/2003PA112033.
Full textAbstract:
La synthèse d'ouverture active est une technique d'imagerie haute résolution éprouvée avec succès depuis une trentaine d'années en imagerie radar (Synthetic Aperture Radar). Cette thèse concerne l'application de concept aux longueurs d'ondes optiques. La synthèse d'ouverture active consiste à exploiter le déplacement d'une pupille de petite dimension afin de générer une pupille virtuelle de dimension supérieure, autorisant ainsi un accroissement de résolution au delà des limites physiques de l'instrument. Ce concept nécessite un éclairage cohérent de la scène au moyen d'un laser ainsi qu'une acquisition cohérente du champ rétrodiffusé par l'objet. Le problème majeur pour l'application de cette technique aux longueurs d'ondes optiques est de corriger les perturbations de phase subies lors du déplacement de la pupille. Il a été démontré expérimentalement que l'holographie numérique est un outil adapté à la mesure du front d'onde puisqu'il autorise la mesure et la correction de ces perturbations de phase d'après les données. Plusieurs montages ont étés expérimentés, dont un destiné à la microscopie. Un autre inconvénient majeur de la synthèse d'ouverture active est sa grande sensibilité à la turbulence atmosphérique qui limite la résolution des images. Un algorithme de correction de turbulence multi-trames a été proposé et validé expérimentalementActive synthetic aperture is a high resolution imaging technique that has been used successfully in the radar imaging domain (Synthetic Aperture Radar) for 30 years. This thesis deals with the application of this concept to optical wavelength. In active synthetic aperture, the movement of a small aperture is combined with some signal processing in order to create a bigger virtual aperture that enables an image resolution beyond the physical limits of the real aperture. The active synthetic aperture concept needs a coherent lightening of the scene with a laser as well as a coherent measurement of the retrodiffused wavefront. The major problem of the transposition of this concept to optical wavelength is to correct the phase noise that happens during the movement of the pupil. It has been experimentaly demonstrated that digital holography is a suited tool for the wavefront measurement because the phase noise can be mesured directly from the data, and therefore corrected. Several setup have been tested, and one is dedicated to microscopy. Another major inconvenient of active synthetic aperture is its high sensibility to atmosphere turbulence which severely affects the image resolution. A turbulence correction algorithm based on multiple field measurements has been proposed and validated by experimental data
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Idé, Hassane. "Dynamique et turbulence dans la couche limite atmosphérique de surface sahélienne (expérience STARS)." Toulouse 3, 1991. http://www.theses.fr/1991TOU30124.
Full textAbstract:
L'amelioration des modeles de prevision du temps passe par une bonne connaissance des conditions aux limites energetiques a la surface du sol. La region sahelienne est une zone de reference pour les mesures climatiques et les observations satellitaires en vue de cette amelioration des modeles a cause des conditions fortement energetiques et homogenes, de l'absence de couverture nuageuse et de la repetitivite des phenomenes climatiques. Le travail presente ici est le fruit d'une decennie de travaux effectues dans cette region sur la dynamique et la turbulence de la couche limite atmospherique. Les resultats experimentaux, obtenus et synthetises ici, permettent d'apprehender la singularite de cette zone. L'originalite de ce travail concerne aussi et surtout l'analyse des donnees locales issues de l'experience stars-89. La qualite de ces dernieres a permis d'obtenir des resultats interessants sur quatre themes principaux de la couche atmospherique de surface: les caracteristiques climatiques et energetiques moyennes (conditions aux limites, bilans d'energie, etc. . . ); les parametres directeurs de l'erosion eolienne (desertification); l'amelioration de la connaissance de la contribution radiative au flux de chaleur; les caracteristiques turbulentes et leur parametrisation en region tropicale seche et a fort suradiabatisme. L'ensemble de ces resultats vise a fournir d'une part une banque de donnees climatiques rares de la region sahelienne en vue d'une calibration des mesures integrees aeroportees ou satellitaires, d'autre part a permettre d'elaborer une strategie experimentale pour la realisation de futurs programmes dans cette zone (hapex-sahel, etc. . . )
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Blein, Sébastien. "Observation et modélisation de couche limite atmosphérique stable en relief complexe : le processus turbulent d'écoulement catabatique." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAI023/document.
Full textAbstract:
La couche-limite atmosphérique turbulente stable, particulièrement en zone de relief, n'est pas totalement comprise. Elle est, donc, mal représentée par les modèles atmosphériques. En présence de pente et d'un refroidissement du sol, l'augmentation locale de masse volumique génère un écoulement catabatique. En région de montagne, le maximum de vent est généralement enregistré à une hauteur (z_j) de 1-10 m. Le jet de paroi engendre un changement de signe du flux de qdm ainsi qu'une variabilité du flux de chaleur sensible proche du sol. Ces variabilités de flux turbulents contredisent l'applicabilité de la théorie des similitudes de Monin-Obukhov (TSMO), pourtant utilisée de manière universelle dans les modèles atmosphériques. Si la TSMO est discutable pour les cas très stables, c'est en présence de pente qu'elle n'est naturellement plus valide puisqu'elle néglige le couplage entre les équations de vitesse et de température. Il est donc impossible de représenter correctement un écoulement catabatique (z_j O(1m)) par un modèle utilisant la TSMO et avec une résolution verticale de l'ordre de la hauteur du maximum de vent. L'objectif du travail de thèse est d'apporter une contribution dans la compréhension et la modélisation de ces écoulements.Afin de compléter les observations peu nombreuses, une campagne de mesure a été réalisée sur une pente raide (20-40 deg) : la pente ouest du Grand Colon (chaîne de Belledonne, Alpes). Les analyses spectrales témoignent de la sensibilité de l'écoulement local aux perturbations externes, même faibles. Les caractéristiques turbulentes classiques sont observées à haute-fréquence alors que des comportements moins standards sont observés aux fréquences intermédiaires ou basses et expliqués par la présence de perturbations turbulentes d'énergie du même ordre de grandeur que l'injection locale. Les cospectres montrent un comportement propre aux écoulements catabatiques: recouvrement progressif selon z des corrélations croisées <0 et >0. La TSMO est mise en défaut pour l'écoulement observé et une solution alternative est utilisée pour estimer les flux en surface, permettant une bonne description de la vitesse de frottement.Le modèle 1D de surface de ISBA (Météo-France) est modifié pour répondre à la modélisation des écoulements catabatiques. Dans un premier temps, le modèle est validé sur un cas standard: en comparaison avec un modèle de Prandtl adapté. Dans un second temps, les données in-situ sont modélisées, d'abord en fournissant des profils de diffusivités effectives puis en utilisant un modèle modifié de turbulence d'ordre 1.5. Les modélisations 1D représentent correctement les champs moyens de vitesse et température mais montrent cependant des comportements trop diffusifs. Le modèle de longueur de mélange est principalement remis en cause, y compris en utilisant des paramétrisations adaptées.Des simulations LES 3D réalistes (Meso-NH, Météo-France) sont effectuées à haute résolution pour représenter le cas d'étude. Ces modélisations représentent finement les variabilités spatiales de l'écoulement catabatique. Cependant, des biais sont engendrés principalement par l'utilisation de la TSMO en condition aux limites de surface. Malgré la forte résolution spatiale, l'utilisation de la TSMO repousse à seulement z=2 m la perception des termes sources de l'écoulement catabatique par le modèle, alors que la source de l'écoulement atteint son maximum précisément en surface. Les modèles analytiques d'écoulement catabatique (de type Prandtl, qui pourraient aisément être intégrés en conditions aux limites) nécessitent de connaître "a priori" les profils de diffusivité. Ceci implique l'utilisation d'un modèle de turbulence. Le couplage du modèle 1D de surface (précédemment modifié et validé "off-line") est donc proposé pour répondre au manque de description de la physique par les CaL classiques de surface. Le travail préliminaire du couplage est présenté et des solutions sont proposées en perspectiveThe stable atmospheric boundary layer, particularly in complex terrain, is not yet fully understood and it is thus still inadequately modelled. A surface cooling of a sloping terrain generates katabatic wind due to local density increase. This flow behaves as a wall-bounded turbulent jet, often simply modelled by a local balance between the buoyancy force and the turbulent friction. In mountainous regions, the wind maximum is typically observed at a height (z_j) of 1-10 m above the ground. The wall-bounded jet is responsible for a momentum-flux sign change and a heat-flux variability close to the ground. Those turbulent-flux variabilities are fully conflicting with the aplicability of the Monin-Obukhov similarity theory (MOST), which is nevertheless universally used in the atmospheric models to provide the surface boundary condition. If the MOST is already questionable for the very stable cases, it is obviously not valide over sloping surfaces because it neglectes the coupling of the wind and temperature equations, which constitutes the katabatic source. Hence, it is not possible to adequatly model a katabatic flow (z_j O(1m)) using the MOST, especially with a vertical resolution of the order of magnitude of z_j. The aim of the this PhD work is thus to improve the current understanding and modelling capacity of the katabatic winds.Since data sets of turbulent-katabatic-flow measurements are still scarce, a new field campain was carried out on a steep slope (20-40 deg): the west face of the Grand-Colon mountain (Belledonne ridge, French Alps). The experimental setup was mainly composed of a 6m mast with four sonic-anemometer levels (1, 2, 4 and 6m) to measure the turbulence on both sides of the katabatic jet. The spectral analysis shows the hight sensitivity of the local flow to external perturbations, even when these are weak. The hight-frequency subrange shows a classical behaviour (energy-injection frequency, inertial subrange), but the spectra of the intermediate and low-frequency subranges are less typical: turbulent perturbations with an energy of the order of magnitude of the local injection are present. A specific cospectra behaviour of the katabatic flows is shown: negative and positive cross-correlations overlap gradually, increasing z. The MOST fails in representing the observed flow and a surface-flux alternative estimation is succesfully used to describe the friction vellocity.The 1D surface model of ISBA (Météo-France) is modified to model katabatic flows. The model is firstly validated with a standard calibrated Prandtl model (with variable eddy difusivity). Secondly, the field data are modelled both with a prescribed effective diffusivity (from data) and using the 1.5-order turbulence scheme. The mean velocity and temperature fields are well reproduced, but it appears that the model is over-diffusive (which generates excessive fluxes), even when an adapted mixing-length is used.Realistic 3D LES simulations (Meso-NH, Météo-France) are computed with high resolution to model the field data. Spatial flow variabilities over sloping terrain are finely represented, but are biased, mainly due to the using of MOST for the surface boundary counditions. The using of MOST shifts the start of the katabatic source detection by the atmospheric model to a height of 2 m, while the katabatic source reaches its maximum at the surface. Analytical katabatic models (of the Prandtl type, which could be easily used to feed surface boundary counditions) need an "apriori" definition of the eddy and heat diffusivities. Currently, the general definition of these diffusivities is only possible by the use of turbulent models that include closures. The coupling of the previously-presented 1D surface model (validated off-line) is suggested to overcome the lack of physics description in the classic surface boundary counditions. Preliminary work on this coupling is developed and perspective solutions are proposed
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Dipankar, Anurag. "Simulation des grandes échelles de la turbulence atmosphérique : application à l’étude de la propagation des ondes électromagnétiques dans la couche limite atmosphérique." Paris 6, 2010. http://www.theses.fr/2010PA066029.
Full textAbstract:
Cette thèse traite du couplage de la simulation des grandes échelles (LES) à la propagation des ondes électromagnétiques dans la couche limite atmosphérique. La simulation de la couche limite de convection avec des nuages de faible altitude de type cumulus a été effectuée, et les donnés ont été post-traitées pour la propagation d’ondes électromagnétiques (EM) dans le domaine simulé. La première partie de la thèse porte sur la validation du code LES avec pour trois différentes types de conditions atmosphériques. Les données correspondants à la convection des nuages de faible altitude de type cumulus sont ensuite post-traitées pour obtenir les quantités temporelles d’intérêt pour la modélisation de propagation d’ondes EM. Ces quantités sont les suivantes: la distribution instantanée des indices de réfraction, paramètres locaux de la fonction de structure de l’index de réfraction, échelle caractéristique des structures les plus énergétiques, et échelle caractéristique des échelles dissipatives non résolues. La deuxième partie de la thèse porte sur l’application de ces quantités dans la modélisation de propagation de: ondes radio, ondes optiques, et tourbillons optiques. Une nouvelle méthode a été développée pour étudier la dispersion des ondes radio dans l’atmosphére turbulente. Cette nouvelle méthode établit l’ importance des fluctuations des grandes échelles sur les fluctuations de la phase des ondes radio. Il a été démontrée, via des exemples numériques, que le caractére instationnaire de ces quantités influesur la propagation des ondes optiques.
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Irbah, Abdanour. "Mesure des paramètres atmosphériques qualifiant les images en astronomie solaire." Nice, 1986. http://www.theses.fr/1986NICE4006.
Full textAbstract:
Formation des images en milieu turbulent, dégradation des images et dispositifs expérimentaux. On porte un intérêt particulier à l'étude de l'agitation des images dont on montre l'influence sur la mesure de la durée de vie des speckles. Étude relative au domaine d'isoplanétisme pour les angles d'arrivée. En prolongement de la thèse, temps réel des paramètres qui qualifient les images astronomiques, pouvant être utilise pour la recherche de sites
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Berdja, Amokrane. "Effets de la Turbulence Atmosphérique lors de l'Observation du Soleil à Haute Résolution Angulaire." Phd thesis, Université de Nice Sophia-Antipolis, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00270872.
Full textAbstract:
L'observation du Soleil à haute résolution angulaire est d'une grande importance en astronomie. Dans ce contexte, je montre les effets de la turbulence optique sur les images solaires, notamment sur les mesures astrométrique du diamètre solaire en longue pose. Je propose, dans l'approximation des faibles perturbations, une modélisation des fluctuations d'angle d'arrivée locales chromatiques et polychromatiques qui a des retombées directes pour les observations diurnes de la turbulence optique. Afin d'extraire les fluctuations d'angle d'arrivée à partir des images courte pose du bord solaire, je propose une approche efficace et stable qui consiste en une intégration photométrique saturée avec test de l'anisoplanétisme local. Cette méthode améliore l'efficacité des méthodes précédentes. Elle a aussi des retombées sur la mesure du diamètre solaire en longue pose et la définition du diamètre photométrique. Une autre manière de mesurer les fluctuations d'angle d'arrivée de jour est de le faire dans le plan conjugué de la pupille. J'étudie cette approche avec sa validité et ses limites. Comme application directe on présente le concept d'un moniteur profileur de la turbulence optique basse altitude. Une autre partie importante de mon travail est la modélisation de la variation temporelle de la turbulence optique en introduisant le bouillonnement propre. Le modèle théorique que je propose est présenté avec des exemples liés à des techniques diverses de l'observation à haute résolution angulaire (interférométrie, optique adaptative...) en présence de turbulence optique.
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Tozza, Jean-René. "Caractérisation de la turbulence atmosphérique par RADAR VHF et premières observations par RADAR HF." Toulon, 2004. http://www.theses.fr/2004TOUL0021.
Full textAbstract:
Une approche langrangienne conduit à une tentative d'estimation du coefficient de diffusion turbulente et du temps de corrélation lagrangien par l'analyse des fonctions de corrélation du signal radar VHP renvoyé par l'atmosphère. L'élargissement du spectre Doppler dû à la sphéricité de l'onde est exploité pour estimer la longueur de corrélation des fluctuations horizontales de l'indice de réfraction. Des mesures et estimations des paramètres suivants sont présentés: variance de la vitesse turbulente, rapport d'aspect,longueur de corrélation. Une technique originale de formation de voie à une seule antenne est exposée. Les images 2D obtenues et l'estimation du vent sont comparées avec succès à ce qui est obtenu avec une vraie formation de voie à 16 antennes. La réalisation d'un radar HF (20Mhz), en tant que sondeur de la basse atmosphère neutre, est présentée pour la première fois. Les mesures préliminaires sont discutéesA lagrangian approach allows the turbulent diffusion coefficient and the lagrangian correlation time to be estimated from the expression of the VHP radar signal autocorrelation fonction. A measurement technique, using the beam broadening effect, allows the estimation of the correlation length of the refractive-index flutuations. The estimation of the following parameters are presented: turbulent velocity, aspect sensitivity and correlation length. An original beam forming technique is realized with only one antenna. The obtained 2D patterns and wind velocity estimation are successfully compared with those obtained with a classical technic using 16 antennas. A realisation of an HF radar (20MHz), as a sounding system of the lower neutral atmosphere, is presented for the first time. The preliminary resluts are discussed
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Espana, Guillaume. "Etude expérimentale du sillage lointain des éoliennes à axe horizontal au moyen d'une modélisation simplifiée en couche limite atmosphérique." Thesis, Orléans, 2009. http://www.theses.fr/2009ORLE2066/document.
Full textAbstract:
L’objet de ce travail de thèse est l’étude en soufflerie du sillage lointain des éoliennes à axe horizontal. La complexité phénoménologique du sillage des éoliennes fait que les mécanismes le régissant sont généralement traités d’un point de vue stationnaire : les principaux paramètres (déficit de vitesse, production de turbulence...) sont alors moyennés dans le temps. Néanmoins, considérer les instationnarités du sillage d’une éolienne placée en écoulement atmosphérique permet d’observer un phénomène appelé meandering, traduisant un battement aléatoire du sillage. Ce travail est construit en deux grandes parties : la vision stationnaire et la vision instationnaire du sillage d’un modèle simplifié d’éolienne, basé sur le principe du disque de Froude, placé dans une couche limite atmosphérique (CLA) modélisée en soufflerie à l’échelle 1/400. La première partie est composée de plusieurs études paramétriques sur l’influence du point de fonctionnement d’une éolienne, sur sa hauteur de mât ou encore sur le type de CLA. Une éolienne en situation de dérapage fait également l’objet d’études paramétriques. Celles-ci visent à étudier le comportement du sillage dans différentes situations et il est alors montré les limites des lois empiriques présentes dans la littérature, concernant notamment l’influence de la turbulence ambiante. La seconde partie se focalise sur la vision instationnaire, jusqu’ici rarement considérée. En utilisant l’anémométrie par fil chaud, les résultats montrent le rôle des grandes échelles de la turbulence atmosphérique sur l’apparition du meandering. L’amplitude du battement et les dimensions du sillage instantané sont ensuite appréhendées de façon quantitative par mesures PIV, montrant l’influence du point de fonctionnement de l’éolienne et de l’intensité de turbulence ambianteThe aim of this work was to study the far wake of horizontal axis wind turbines in wind tunnels. Aerodynamic phenomena within the wakes are very complex and, most of the time, they are studied from a steady point of view : the main parameters (wake deficit, production of turbulence...) are therefore time averaged. Nevertheless, studying the wake unsteadiness of a wind turbine located in the atmospheric boundary layer (ABL) enables the consideration of the meandering phenomenon, which describes random oscillations of the wake. The present work was constructed in two main parts : firstly the steady vision and secondly the unsteady vision of a wind turbine wake, modelled according to the actuator disk theory and placed in an ABL reproduced in a wind tunnel at a geometric scale of 1/400. Several parametric studies are presented in the first part : on the influence of the wind turbine’s operating point, of its mast height and also on the influence of the ABL characteristics. Wind turbines in yaw are also considered. The wake behaviour is then studied in different configurations and the limits of the empirical laws in the literature are highlighted, especially the lack of the ambiant turbulence intensity consideration. The second part focuses on the unsteady point of view, rarely considered until today. Using hot wire anemometry, the role of the atmospheric large turbulent scales on the meandering phenomenon is proven. The oscillation magnitude and the instantaneous wake dimensions are also investigated using PIV, which leads to quantitative results on the meandering characteristics
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Darbieu, Clara. "Processus turbulents dans la couche limite atmosphérique pendant la transition d'après-midi." Thesis, Toulouse 3, 2015. http://www.theses.fr/2015TOU30326/document.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur l'étude de la transition d'après-midi (TA) de la couche limite atmosphérique (CLA). La TA est une période complexe du cycle diurne, de par son manque de stationnarité et parce qu'elle est régie par un ensemble de forçages qui faiblissent et dont les rôles respectifs changent par rapport à ce qu'ils ont pu être durant la période convective. Il résulte une moins bonne compréhension de cette période que des régimes quasi-stationnaires convectifs, neutres ou stables. La TA pourrait conditionner l'établissement du brouillard nocturne, influencer le développement de la couche limite du lendemain et être une phase clé du cycle diurne pour la ventilation des espèces en trace vers l'atmosphère libre. Par conséquent, de meilleures description et compréhension de la TA pourraient améliorer les modèles météorologiques et de qualité de l'air. Les principaux objectifs de la thèse ont été de mieux comprendre comment la turbulence décroît pendant la TA en mettant l'accent sur l'évolution de la structure verticale de la turbulence lorsque les transferts d'énergie en surface diminuent progressivement, et sur le rôle que joue la surface à ce moment particulier du cycle diurne. Le projet international BLLAST (Boundary Layer Late Afternoon and Sunset Turbulence) a servi de cadre à cette thèse. La campagne de mesures qui s'est déroulée en été 2011 sur le Plateau de Lannemezan, au nord de la chaîne Pyrénéenne, a fourni les nombreuses observations utilisées dans cette thèse. Une approche complémentaire aux observations est l'utilisation d'un modèle atmosphérique permettant de résoudre explicitement les échelles de la turbulence (LES)This thesis focuses on the afternoon transition (AT) of the atmospheric boundary layer (ABL). This transitional period is complex, because it is non-stationary and most of the forcings, though smaller than during the previous convective period, may come into play. Thus, this transitional period is less understood than the quasi-stationary convective, neutral or stable regimes. Yet, the AT could impact on the nocturnal fog set up, influence the boundary-layer development on the following day and play a crucial role in the transport and dispersion of pollutants and trace species towards the free troposphere. Therefore, a better understanding of the AT could improve the meteorological models. One of the main objectives of the thesis is to improve the knowledge of the decay of turbulence during the AT, when the surface energy transfers are gradually decreasing. We especially put emphasis on the evolution of the ABL turbulence vertical structure. This work is in the core of the BLLAST (Boundary Layer Late Afternoon and Sunset Turbulence) international project. A field campaign took place in summer 2011 in France, on the northern side of the Pyrenean foothills (at "Plateau de Lannemezan"), providing numerous observations used in the thesis. In addition, we also used a Large-Eddy Simulation (LES) with which the turbulent scales can be explicitly resolved. Thanks to this approach, the evolution during the AT of the scale definitions, scaling laws, turbulence characteristics and of the role of the boundary layer processes are now better understood. Thanks to the set of observations, an overview of the BLLAST ATs has been done, according to the various meteorological conditions as well as the structure and evolution of the mean and turbulence structure of the ABLs. A large variability of the AT duration was observed, depending on the surface characteristics and atmospheric conditions. The evolution of the turbulent characteristics during the AT has been studied at the surface and higher in the ABL by means of aircraft measurements and LES data. The study points out the LES ability to reproduce the turbulence evolution throughout the afternoon
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Gauthier, Alain. "Analyse d'une modélisation lagrangienne des panaches dans un modèle régional de pollution atmosphérique." Paris, ENMP, 1999. http://www.theses.fr/1999ENMP0893.
Full textAbstract:
Dans un modele de pollution atmospherique a echelle regionale, la dispersion des gaz emis par des cheminees d'usines n'est pas bien prise en compte. Pour repondre a ce probleme, une approche est la modelisation specifique d'un panache de gaz emis par une source ponctuelle et son couplage au modele regional. Dans cette these, nous analysons les approximations effectuees lors de l'emploi de cette technique. Nous abordons le probleme de l'utilisation des modeles lagrangiens de panache dans un ecoulement a echelle regionale heterogene en espace. En effet les modeles de panache sont definis dans un ecoulement turbulent homogene en espace. Dans le cadre du projet azur (edf, ifp, lisa), une methode numerique a ete mise au point pour coupler un modele de dispersion et de surelevation de panache a un modele regional eulerien de pollution atmospherique. L'analyse mathematique des approximations a ete effectuee dans les cas de panaches chimiquement inertes (systeme lineaire). Elle permet de mettre en avant des precautions d'emploi des modeles de panache, par exemple certaines approximations posent des problemes si le domaine d'etude est une region ayant un relief accidente. Pour un modele de panache reactif, nous remarquons que le couplage avec le modele regional n'est pas clairement defini. Cependant, une partie de l'analyse du cas inerte est aussi valable pour le cas de certains modeles reactifs, comme le modele a couronnes. En effet la dispersion du panache dans un modele a couronnes est modelisee comme si celui-ci etait inerte, donc avec les memes approximations.
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Kabeche, Fadela. "Développement d'une méthode de détection de la turbulence atmosphérique par radar aéroporté en bande X." Versailles-St Quentin en Yvelines, 2009. http://www.theses.fr/2009VERS0049.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse porte sur la définition, le développement et l’évaluation d’une méthode, appelée DTCOR (Détection de la Turbulence COnvective par Radar), de détection en temps réel de structures turbulentes, de taille comprise entre 300m et 3km à l’aide d’un radar aéroporté en bande X Doppler. Il se réalise dans le cadre d’un projet industriel de développement d’un nouveau concept de radar qui pourrait être implémenté sur les avions de ligne. Elle exploite un formalisme variationnel avec contraintes physiques qui permet d’obtenir le vent et ses dérivées. Cette méthode est évaluée sur des jeux de données (vitesses radiales et réflectivités) synthétisés à partir de représentations analytiques représentant les caractéristiques principales de ces structures turbulentes (longueur d’onde et amplitude) et sur des données réelles issues d’une campagne d’observations aéroportéesWe focus on this thesis on the definition, development and evaluation of a method that we call DTCOR (Detection of Convective Turbulence by Radar). This method detects in real time the turbulent structures whose sizes are between 300m and 3km, using an airborne X-band Doppler radar. This work is realized in the frame of an industrial project whose goal is the development of a new concept of radar that would be implemented on the airliners. The technique is based on a variational formalism with physical constraints in order to obtain the wind field and its derivatives. This method is evaluated on two sets of data (radial velocities and reflectivities), the first one synthesized from analytical form representing the main features of these turbulent structures (wavelength and amplitude) and the second on real data from a campaign of airborne observations
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Sadibekova, Tatyana. "Contribution à l'étude des sites astronomiques par modélisation et expérimentation in situ : application aux sites de la Silla et du Dôme C pour les télescopes géants du futur." Nice, 2007. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00271689.
Full textAbstract:
Ma thèse rentre dans le cadre du projet d’European Extremely Large Telescope pour la caractérisation des sites. L’un des facteurs très important est la turbulence atmosphérique. Car c’est elle qui limite la résolution angulaire à toutes les longueurs d’onde. L’installation d’un grand télescope avec tous ses systèmes complexes de correction de front d’onde par optique adaptative nécessite une étude élaborée de l’atmosphère au-dessus du site. Plusieurs techniques permettent de mesurer les différents paramètres intégraux et les profils verticaux de la turbulence optique. Dans ce contexte, j’ai anlysé les différentes techniques de profilage atmosphérique appliquées à deux sites astronomiques : La Silla, le site de l’ESO au Chili et également le site Antarctique du Dôme C, qui depuis quelques années intéresse beaucoup les astronomes. Je procède à la validation comparative du modèle météorologique européen ECMWF pour Dôme C qui pourra fournir les paramètres d’entrée pour les divers modèles de turbulence qui de leur côté permettront d’obtenir la distribution verticale de Cn2(h). Dans le cadre général de la recherche des meilleurs sites pour le futur télescope européen E-ELT, une campagne de mesures a été effectuée en 2002/2003 à l’observatoire de La Silla de l’ESO au Chili au moyen de SCIDAR Généralisé. On a obtenu, après 5 mois d’observations, la statistique pour le seeing, l’angle isoplanétique, le temps de cohérence et les profils verticaux de Cn2(h). Les résultats de cette campagne sont très importants pour décrire la situation turbulente au-dessus de ce site et déterminer les limites observationnelles des futurs grands télescopesMy thesis was undertaken within the framework of the European Extremely Large Telescope project where the site characterization for the future large telescopes is the paramount goal. The very important factor for astronomical observations is the atmospheric turbulence. Several techniques exist to measure the various integral parameters and the vertical profiles of optical turbulence. In this context I analyzed the various atmospheric profiling techniques applied to two astronomical sites : La Silla one ESO site in Chile and also the Antarctic site of the Dome C, which as been of great interest for the astronomers during the past few years. Therefore, the feasibility must be extensively studied, and proceed through an objective analysis of pros and cons. In the first part of my thesis I review some important properties of Antarctic plateau. For understanding the seasonal behaviour of the atmosphere above
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Lemaitre, Magali. "Étude de la turbulence atmosphérique en vision horizontale lointaine et restauration de séquences dégradées dans le visible et l'infrarouge." Dijon, 2007. http://www.theses.fr/2007DIJOS023.
Full textAbstract:
La turbulence atmosphérique dégrade fortement les acquisitions d'images sur de longues distances. Les propriétés de la turbulence et ses effets en imagerie sont tout d'abord rappelés. Plusieurs algorithmes de simulation sont ensuite exposés, permettant de générer des images ou séquences dégradées, selon le type de turbulence désiré. Quelques méthodes classiques de restauration sont testées sur des images, ne donnant des résultats satisfaisants que pour une faible perturbation. Une méthode spatio-temporelle de traitement est ensuite testée sur des séquences. Les résultats sont satisfaisants pour la visualisation, mais trop bruités pour une application numérique. Cette méthode de restauration est alors adaptée à une régularisation pour atténuer le bruit. L'approche finale de restauration proposée consiste à fusionner les deux résultats de traitement de séquence afin d'obtenir une image restaurée utilisable à la fois pour la visualisation et une application numériqueAtmospheric turbulence strongly degrades image acquisitions on long distances. Turbulence properties and its effects on imagery are first recalled. Several simulation algorithms are then exposed, allowing to generate degraded images or sequences, according to the desired kind of turbulence. Some classical restoration methods are tested on images, giving satisfactory results only for a weak perturbation. A space-time processing method is tested on sequences. Results are satisfactory for visualization, but too much noisy for a digital application. This restoration method is adapted to a regularization to attenuate noise. The final suggested approach of restoration consists in amalgamating the two last results in order to obtain a restored image usable at the same time for visualization and a digital application
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Bahlali, Meïssam. "Adaptation de la modélisation hybride eulérienne/lagrangienne stochastique de Code_Saturne à la dispersion atmosphérique de polluants à l’échelle micro-météorologique et comparaison à la méthode eulérienne." Thesis, Paris Est, 2018. http://www.theses.fr/2018PESC1047/document.
Full textAbstract:
Cette thèse s'inscrit dans un projet de modélisation numérique de la dispersion atmosphérique de polluants à travers le code de mécanique des fluides numérique Code_Saturne. L'objectif est de pouvoir simuler la dispersion atmosphérique de polluants en environnement complexe, c'est-à-dire autour de centrales, sites industriels ou en milieu urbain. Dans ce contexte, nous nous concentrons sur la modélisation de la dispersion des polluants à micro-échelle, c'est-à-dire pour des distances de l'ordre de quelques mètres à quelques kilomètres et correspondant à des échelles de temps de l'ordre de quelques dizaines de secondes à quelques dizaines de minutes : on parle de modélisation en champ proche. L’approche suivie dans ces travaux de recherche suit une formulation hybride eulérienne/lagrangienne, où les champs dynamiques moyens relatifs au fluide porteur (pression, vitesse, température, turbulence) sont calculés via une approche eulérienne et sont ensuite fournis au solveur lagrangien. Ce type de formulation est couramment utilisé dans la littérature atmosphérique pour son efficacité numérique. Le modèle lagrangien stochastique considéré dans nos travaux est le Simplified Langevin Model (SLM), développé par Pope (1985,2000). Ce modèle appartient aux méthodes communément appelées méthodes PDF (Probability Density Function), et, à notre connaissance, n'a pas été exploité auparavant dans le contexte de la dispersion atmosphérique. Premièrement, nous montrons que le SLM respecte le critère dit de mélange homogène (Thomson, 1987). Ce critère, essentiel pour juger de la bonne qualité d'un modèle lagrangien stochastique, correspond au fait que si des particules sont initialement uniformément réparties dans un fluide incompressible, alors elles doivent le rester. Nous vérifions le bon respect du critère de mélange homogène pour trois cas de turbulence inhomogène représentatifs d'une large gamme d'applications pratiques : une couche de mélange, un canal plan infini, ainsi qu'un cas de type atmosphérique mettant en jeu un obstacle au sein d'une couche limite neutre. Nous montrons que le bon respect du critère de mélange homogène réside simplement en la bonne introduction du terme de gradient de pression en tant que terme de dérive moyen dans le modèle de Langevin (Pope, 1987; Minier et al., 2014; Bahlali et al., 2018c). Nous discutons parallèlement de l'importance de la consistance entre champs eulériens et lagrangiens dans le cadre de telles formulations hybrides eulériennes/lagrangiennes. Ensuite, nous validons le modèle dans le cas d'un rejet de polluant ponctuel et continu, en conditions de vent uniforme et turbulence homogène. Dans ces conditions, nous disposons en effet d'une solution analytique nous permettant une vérification précise. Nous observons que dans ce cas, le modèle lagrangien discrimine bien les deux différents régimes de diffusion de champ proche et champ lointain, ce qui n'est pas le cas d'un modèle eulérien à viscosité turbulente (Bahlali et al., 2018b).Enfin, nous travaillons sur la validation du modèle sur plusieurs campagnes expérimentales en atmosphère réelle, en tenant compte de la stratification thermique de l'atmosphère et de la présence de bâtiments. Le premier programme expérimental considéré dans nos travaux concerne le site du SIRTA (Site Instrumental de Recherche par Télédétection Atmosphérique), dans la banlieue sud de Paris, et met en jeu une stratification stable de la couche limite atmosphérique. La seconde campagne étudiée est l'expérience MUST (Mock Urban Setting Test). Réalisée aux Etats-Unis, dans le désert de l'Utah, cette expérience a pour but de représenter une ville idéalisée, au travers d'un ensemble de lignées de conteneurs. Deux rejets ont été simulés et analysés, respectivement en conditions d'atmosphère neutre et stable (Bahlali et al., 2018a)This Ph.D. thesis is part of a project that aims at modeling pollutant atmospheric dispersion with the Computational Fluid Dynamics code Code_Saturne. The objective is to simulate atmospheric dispersion of pollutants in a complex environment, that is to say around power plants, industrial sites or in urban areas. In this context, the focus is on modeling the dispersion at micro-scale, that is for distances of the order of a few meters to a few kilometers and corresponding to time scales of the order of a few tens of seconds to a few tens of minutes: this is also called the near field area. The approach followed in this thesis follows a hybrid Eulerian/Lagrangian formulation, where the mean dynamical fields relative to the carrier fluid (pressure, velocity, temperature, turbulence) are calculated through an Eulerian approach and are then provided to the Lagrangian solver. This type of formulation is commonly used in the atmospheric literature for its numerical efficiency. The Lagrangian stochastic model considered in our work is the Simplified Langevin Model (SLM), developed by Pope (1985,2000). This model belongs to the methods commonly referred to as PDF (Probability Density Function) methods, and, to our knowledge, has not been used before in the context of atmospheric dispersion. First, we show that the SLM meets the so-called well-mixed criterion (Thomson, 1987). This criterion, essential for any Lagrangian stochastic model to be regarded as acceptable, corresponds to the fact that if particles are initially uniformly distributed in an incompressible fluid, then they must remain so. We check the good respect of the well-mixed criterion for three cases of inhomogeneous turbulence representative of a wide range of practical applications: a mixing layer, an infinite plane channel, and an atmospheric-like case involving an obstacle within a neutral boundary layer. We show that the good respect of the well-mixed criterion lies simply in the good introduction of the pressure gradient term as the mean drift term in the Langevin model (Pope, 1987; Minier et al., 2014; Bahlali et al., 2018c). Also, we discuss the importance of consistency between Eulerian and Lagrangian fields in the framework of such Eulerian/Lagrangian hybrid formulations. Then, we validate the model in the case of continuous point source pollutant dispersion, under uniform wind and homogeneous turbulence. In these conditions, there is an analytical solution allowing a precise verification. We observe that in this case, the Lagrangian model discriminates well the two different near- and far-field diffusion regimes, which is not the case for an Eulerian model based on the eddy-viscosity hypothesis (Bahlali et al., 2018b).Finally, we work on the validation of the model on several experimental campaigns in real atmosphere, taking into account atmospheric thermal stratification and the presence of buildings. The first experimental program considered in our work has been conducted on the `SIRTA' site (Site Instrumental de Recherche par Télédétection Atmosphérique), in the southern suburb of Paris, and involves a stably stratified surface layer. The second campaign studied is the MUST (Mock Urban Setting Test) experiment. Conducted in the United States, in Utah's desert, this experiment aims at representing an idealized city, through several ranges of containers. Two cases are simulated and analyzed, respectively corresponding to neutral and stable atmospheric stratifications (Bahlali et al., 2018a)
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Paugam, Ronan. "Simulation numérique de l'évolution d'une trainée de condensation et de son interaction avec la turbulence atmosphérique." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2008. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01666360.
Full textAbstract:
Depuis les années 90, au vu de l'augmentation continuelle du transport commercial aérien, le problème de son impact sur le climat est devenu un sujet de recherche important. Les émissions d'un avion ne peuvent pas être prises en compte simplement dans un modèle de grande échelle, car elles subissent des transformations physicochimiques suite aux fortes interactions avec la dynamique du sillage induit par l'avion. L'utilisation de paramétrisations est donc nécessaire, et leur développement représente un réel challenge quant à la multitude des échelles mises en jeu. L'objectif de ce travail est double. Il s'agit, d'une part, de participer au développement d'une nouvelle paramétrisation qui prend en compte l'eet de réservoir induit par le sillage sur la chimie des NOx et les non-linéarités de la chimie de l'ozone. D'autre part, il s'agit également d'évaluer les paramètres de granulométrie des particules de glace dans le sillage en vue d'en calculer l'impact radiatif. A cette fin, nous avons mis au point un modèle numérique capable de résoudre l'évolution de la traînée de condensation (i. E. Contrail) formée derrière un avion depuis sa phase de formation jusqu'au régime d'interaction avec l'atmosphère en s'intéressant au couplage dynamique-microphysique. La modélisation d'une atmosphère turbulente soutenue nous a alors permis de simuler un contrail âgé de 30 min dont les caractéristiques sont en bon accord avec les mesures expérimentales disponibles. Le modèle que nous avons mis au point montre donc un comportement très satisfaisant, et ouvre des perspectives très intéressantes pour évaluer l'impact des émissions d'un avion sur la chimie atmosphérique et le bilan radiatifDue to the rapid growth of commercial air traffic started in the 90's, the environmental impact of aircraft emissions has become now a topic of academic research and practical interest in the community of atmospheric chemistry modelers. The incorporation of these emissions into climate models is a difficult task because of the complex physical and chemical transformations occurring in the plume of the aircraft, and the large range of scales involved. The objective of this thesis is two-fold : the first one is to contribute to the elaboration of a new parameterization that models the effect of non-linear aircraft plume NOx chemistry on atmospheric ozone. The second objective is to evaluate the distribution of ice particles within the contrails in order to quantify their radiative impact. To this end, we developed a numerical model of the dynamical and microphysical processes of a generic contrail, from its early phase of formation up to its interaction with the atmosphere. It is based on the MesoNH model coupled with a specific microphysical module. In the late diffusion regime, we force the model simulation with a synthetic sustained turbulent flow that mimics the real atmospheric turbulence at the tropopause level. The contrail simulation was run up to 30 min, and the results are in good agreement with the available experimental data, which validates, a posteriori, the simulation strategy adopted through this work. Finally, it is concluded that our model is suitable to evaluate in the future the impacts of aircraft emission on the atmospheric chemistry and radiative balance
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Primot, Jérôme. "Application des techniques d'analyse de surface d'onde à la restauration d'images dégradées par la turbulence atmosphérique." Paris 11, 1989. http://www.theses.fr/1989PA112100.
Full textAbstract:
La résolution angulaire des grands télescopes terrestres est essentiellement limitée par la turbulence atmosphérique à environ une seconde d'arc et, ceci, quel que soit le diamètre de leur pupille d'entrée. Différentes techniques de traitement a posteriori des images enregistrées en sortie du télescope ont déjà été proposées afin de récupérer son pouvoir de résolution théorique. L'originalité de la méthode décrite ici réside dans le fait que sont traitées simultanément des données en provenance des plans pupillaire et focal. Pour ce faire, une deuxième voie d'analyse de surface d'onde est placée en parallèle de la voie classique d'enregistrement des images dégradées. Elle permet alors l'évaluation à chaque instant de la fonction de transfert optique. Á partir de cette information, les fréquences spatiales de l'objet qui n'ont pas totalement été occultées par la turbulence peuvent être corrigées. Le traitement complet d'un ensemble de couples (image, fonction de transfert associée) est décrit. Les limitations de la méthode sont caractérisées et une expérimentation en laboratoire a pu être réalisée afin de prouver son efficacité. L'évaluation du rapport signal à bruit de cette technique permet de la situer par rapport aux techniques d'interférométrie de tavelures et d'interférométrie dans le plan pupillaire pour différents niveaux de luminance de l'objet observé.
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Alam, Boulos. "Modélisation numérique de la turbulence et de la dispersion atmosphérique par faibles vents en milieu urbain." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2023. https://www.biblio.univ-evry.fr/theses/2023/interne/2023UPAST179.pdf.
Full textAbstract:
Cette thèse se situe dans le contexte de la modélisation de la dispersion atmosphérique, en particulier en présence de vents faibles. Les sources de pollution atmosphérique, souvent situées près du sol et influencées par des obstacles complexes, engendrent des concentrations élevées de polluants à proximité, ce qui se traduit par des fluctuations significatives de ces concentrations. Les vents faibles, généralement associés à des conditions atmosphériques stables, posent un défi particulier en matière de modélisation de la dispersion des polluants, nécessitant une analyse approfondie des donnéesmétéorologiques et une adaptation des modèles de prédiction. Afin de relever ce défi complexe, l'utilisation de la Dynamique des Fluides Numérique (CFD) est incontournable, même si des recherches supplémentaires sont nécessaires pour valider son efficacité dans le champ proche des sources et en présence de vents faibles. Le logiciel Code_Saturne® (EDF R&D) est sélectionné en raison de sonefficacité avérée dans la simulation de la dispersion de polluants atmosphériques. Cette thèse se décompose en trois phases distinctes : la première phase se concentre sur les fondements de la dispersion atmosphérique, en explorant l'impact de différents paramètres tels que la structure de la couche limite atmosphérique, la turbulence atmosphérique et la stabilité de l'atmosphère. Ces éléments jouent un rôle crucial dans la manière dont les polluants se dispersent dans l'air. La deuxièmephase détaille la méthodologie utilisée dans Code_Saturne pour effectuer les simulations, notamment les modèles de turbulence utilisés et les critères d'évaluation de ces modèles. En plus des modèles isotropes classiques, cette recherche se penche sur l'utilisation de modèles de turbulence anisotropes pour étudier la dispersion dans divers contextes. La troisième phase de la thèse se concentre sur l'évaluation de différents modèles de turbulence et de corrélations vitesse-scalaire à l'aide d'observations effectuées en milieu urbain dans des conditions atmosphériques neutres et stables.Enfin, la dernière phase de la recherche explore les conditions de vent faible et stable, caractérisées généralement par des vitesses de vent inférieures à 2 m/s et des variations aléatoires du vent. Cette phase examine les méandres dans la dispersion des polluants et évalue les limites des modèles analytiques et CFD pour prédire la concentration dans de telles condi- tions. À cet effet, un modèle URANS est développé et évalué. Enfin, une méthode gaussienne segmentée est élaborée pour comparer les résultats aux prédictions CFD et aux observations sur le terrainThis thesis is situated in the context of atmospheric dispersion modeling, particularly in the presence of low winds. Atmospheric pollution sources, often located near the ground and influenced by complex obstacles, generate high concentrations of pollutants nearby, resulting in significant concentration fluctuations. Low winds, typically associated with stable atmospheric conditions, pose a specific challenge in modeling pollutant dispersion, requiring a thorough analysis of meteorological data and adaptation of prediction models. To address this complex challenge, the use of Computational Fluid Dynamics (CFD) is necessary, although further research is needed to validate its effectiveness in the near-field and in the presence of low winds. The Code_Saturne® software (EDF R&D) is selected due to its proven efficiency in simulating atmospheric pollutant dispersion. This thesis is divided into three distinct phases : the first phase focuses on the fundamentals of atmospheric dispersion, exploring the impact of various parameters such as the atmospheric boundary layer structure, atmospheric turbulence, and atmospheric stability. These elements play a crucial role in how pollutants disperse in the air. The second phase details the methodology used in Code_Saturne for conducting simulations, including the turbulence models employed and the criteria for evaluating these models. In addition to traditional isotropic models, this research investigates the use of anisotropic turbulence models to study dispersion in various contexts. The third phase of the thesis concentrates on the evaluation of different turbulence models and velocity-scalar correlations using observations conducted in urban environments under neutral and stable atmospheric conditions. Finally, the last phase of the research explores conditions of low and stable winds, typically characterized by wind speeds below 2 m/s and random wind variations. This phase examines the meandering patterns in pollutant dispersion and assesses the limitations of analytical and CFD models in predicting concentration in such conditions. To this end, a URANS model is developed and evaluated. Ultimately, a segmented Gaussian method is devised to compare the results with CFD predictions and field observations
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Marulanda, Acosta Valentina. "Quantum Key Distribution through atmospheric turbulence : secure satellite-to-ground links." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2023. http://www.theses.fr/2023SORUS378.
Full textAbstract:
Les exigences sans cesse croissantes des systèmes de télécommunication modernes en termes de débit, ainsi que la menace imminente que pose l’augmentation de la puissance de calcul des ordinateurs modernes sur les méthodes cryptographiques actuelles, font de la transmission sécurisée des données à la fois une exigence essentielle et un grand défi, et donc un domaine d'étude très actif. La distribution quantique des clés (QKD) permet l'échange de clés cryptographiques dont le niveau de sécurité ne dépend pas de la complexité d'un algorithme mathématique mais repose intrinsèquement sur l'exploitation des propriétés de la mécanique quantique. Cependant, le déploiement des systèmes QKD via des réseaux fibrés terrestres, est fortement limité en distance, et n'atteint que quelques centaines de kilomètres, en raison de l'atténuation exponentielle subie par les signaux transmis par fibre optique. Les méthodes d'amplification des répéteurs de communications optiques classiques ne sont pas compatibles avec un signal quantique, et en raison du manque de maturité technologique concernant les répéteurs quantiques, les relais satellite se présentent comme une alternative intéressante pour l'établissement de liaisons quantiques intercontinentales sécurisées. Nous présentons ici, dans le contexte d’un lien QKD descendant entre un satellite en orbite basse et le sol, un modèle complet du canal atmosphérique satellite-sol prenant conjointement en compte la turbulence, sa correction partielle par optique adaptative (OA) les pertes géométriques et les fluctuations de pointage à bord du satellite. Nous utilisons ce modèle pour évaluer les performances de trois protocoles QKD - à variables continues et à variables discrètes, avec des photons uniques ou intriqués - pour différentes conditions de turbulence, différents degrés de correction par OA, différents scénarios de configuration du lien (diamètre télescope, altitude du satellite…) et en prenant en compte les effets de taille finie. Les résultats obtenus montrent l’intérêt de l’utilisation d’un système d’OA : en effet , la performance en termes de taux de génération de clé de tous les protocoles analysés s’améliore en considérant une correction par OA. Cette augmentation du taux de clé est particulièrement significative pour les scénarios de forte turbulence, d’opération diurne et pour le protocole QKD à variables continues (CV). L’apport de l’OA est de plus démontré et quantifié dans une configuration très prometteuse exploitant l’émission de deux photons intriqués vers deux stations sol depuis un relais satellite qui n’est pas forcément de confiance. Afin de valider nos résultats de simulation, nous avons aussi commencé à implémenter un banc de test expérimental à partir d’une émulation simplifiée du canal atmosphérique et d’un système CV-QKD. Nous expliquons les difficultés rencontrées pendant cette mise en œuvre ainsi que les solutions proposées et des idées sur les perspectives de l’étudeThe ever-growing demands of modern telecommunication systems in terms of data rates as well as the impending threat of the increasing computing power of modern computers, make the secure transmission of data an essential requirement and thus a very active field of study. Quantum key distribution (QKD) allows for the exchange of cryptographic keys whose security level does not depend on the complexity of a mathematical algorithm but rather relies on exploiting the properties of quantum mechanics cite{scarani2009}. Depending on the protocol, the key bits will be encoded either on the superposition of modes of individual photons, such as polarization modes, as is the case for the discrete variable protocols (DV) or they will be encoded into the quadratures of a very low flux electromagnetic field as it happens in the continuous variable protocols (CV). While offering security levels unattainable by classical means, QKD protocols in their terrestrial implementation are severely limited in distance reaching only several hundred kilometers because of the exponential attenuation suffered by fiber-transmitted signals. Since the amplification methods of classical optical communications repeaters are not compatible with a signal that is quantum in nature, and because of the current lack of technological maturity regarding quantum repeaters, satellite relays present an interesting alternative for the establishment of secure intercontinental quantum links. A study by Dequal et al. upon which a part of the present study is based on, examines the possibility of performing a continuous variable key exchange between a satellite and a ground station by proposing a modeling of the propagation channel accounting for the effects of beam wandering, a fluctuating atmospheric transmission and a fixed loss due to single mode fiber coupling. It is as an in-depth continuation of this analysis that this simulation study was initially developed. Taking into account in particular the effects of propagation through the turbulent atmosphere on the spatial coherence of the optical signal, as well as expanding on the protocols taken into account. Adaptive optics (AO) are able to partially correct some of the aforementioned propagation effects. A typical AO system consists of a feedback loop containing elements capable of measuring and correcting wavefront aberrations in real time and we will focus our efforts in analyzing the effect of such a system in the performance of several protocols of quantum key distribution under different scenarios
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Darchy, Victor. "Propagation électromagnétique en atmosphère turbulente réaliste." Electronic Thesis or Diss., Toulouse, École nationale de l’aviation civile, 2024. http://www.theses.fr/2024ENAC0001.
Full textAbstract:
La basse troposphère est le théâtre de nombreux phénomènes atmosphériques susceptibles de perturber la transmission de signaux électromagnétiques. En particulier, la turbulence atmosphérique est un phénomène multi-échelle à l'origine de pertes additionnelles lors de la propagation de signaux radiofréquences sur de grandes distances. L'objectif de cette thèse est de développer une méthode réaliste de modélisation de la turbulence troposphérique pour la propagation d'ondes électromagnétiques 2D. Ce travail a conduit à trois contributions majeures. D'abord, l'amélioration d'une méthode quasi-exacte de génération de turbulence basée sur des simulations numériques de scénarios météorologiques a été proposée. Deux méthodes purement stochastiques de modélisation d'une turbulence verticalement inhomogène ont ensuite été développées. Enfin, l'introduction d'une métrique locale a permis de mettre en évidence l'impact spécifique d'une turbulence verticalement inhomogène, caractéristique de la couche limite atmosphérique, sur la propagation d'une onde électromagnétique.Les méthodes itératives "split-step" de résolution de l'équation parabolique sont largement utilisées pour modéliser la propagation électromagnétique sur de longues distances. Dans ces méthodes, la contribution de l'indice de réfraction est modélisée par des écrans de phase. Dans le cas d'une atmosphère turbulente, ces écrans sont classiquement générés à partir de la méthode stochastic multiple phase screen (sMPS) qui repose sur une approche purement statistique, homogène et isotrope de la turbulence. Dans cette thèse, nous proposons des méthodes de génération d'écrans de phase plus réalistes et plus représentatives de la turbulence dans la couche limite atmosphérique.La sMPS a d'abord été adaptée au cadre auto-cohérent de l'algorithme split-step wavelet (SSW) utilisé pour modéliser la propagation électromagnétique. Trois méthodes de génération d'écrans de phase turbulente inhomogènes ont ensuite été introduites. La extended-LES (X-LES) est une méthode hybride. La turbulence aux grandes échelles est directement générée à partir des champs thermodynamiques obtenus par simulation aux grandes échelles d'une couche limite atmosphérique. Le comportement observé est étendu aux échelles non résolues par une approche similaire à la sMPS. Pour cette méthode, l'extension aux échelles dites de sous-mailles a été améliorée en utilisant une méthode plus récente d'extraction des données de la turbulence. Deux méthodes purement stochastiques ont également été introduites et reposent sur une introduction a posteriori d'une inhomogénéité verticale de la turbulence dans la méthode sMPS. La méthode LES-Kolmogorov utilise des profils verticaux de la constante de structure turbulente directement extraits de simulations atmosphériques, tandis que la méthode Bump-Kolmogorov (BK-model) les reproduit approximativement avec un modèle paramétrique.L'introduction d'une métrique locale, adaptée à l'étude d'une turbulence inhomogène, a permis de comparer les trois méthodes proposées dans ce manuscrit. Les résultats observés montrent que, quelle que soit la méthode utilisée, l'effet de la turbulence sur la propagation d'un front d'onde est statistiquement dépendant de l'altitude. Par ailleurs, la LES-Kolmogorov et le BK-model conduisent à des résultats équivalents, ce qui suggère que la reproduction paramétrique de l'inhomogénéité de la turbulence dans la couche limite atmosphérique est une approche raisonnable. En revanche, la comparaison avec la méthode X-LES montre qu'une approche essentiellement stochastique et gaussienne de la turbulence conduit à une sous-estimation statistique de l'effet réel de la turbulence sur la propagation. Enfin, une étude paramétrique en fonction de l'altitude de la source souligne l'importance de prendre en compte l'inhomogénéité de la turbulence dans la couche limite atmosphérique pour une modélisation adéquate de la propagation des ondes radioThe lower troposphere is the setting for numerous atmospheric phenomena that can disrupt the transmission of electromagnetic signals. In particular, atmospheric turbulence is a multi-scale phenomenon that has caused additional losses during the propagation of radio frequency signals over long distances. The objective of this thesis is to develop a realistic method for modeling tropospheric turbulence for 2D electromagnetic wave propagation. This work has led to three major contributions. First, an improvement of a quasi-exact method for generating turbulence based on numerical simulations of meteorological scenarios has been proposed. Next, two purely stochastic methods for modeling vertically inhomogeneous turbulence have been developed. Finally, the introduction of a local metric has highlighted the specific impact of vertically inhomogeneous turbulence, characteristic of the atmospheric boundary layer, on the propagation of an electromagnetic wave.Iterative "split-step" methods for solving the parabolic equation are widely used to model long-distance electromagnetic propagation. In these methods, the contribution of the refractive index is modeled by phase screens. In the case of a turbulent atmosphere, these screens are typically generated using the stochastic multiple phase screen (sMPS) method, which relies on a purely statistical, homogeneous, and isotropic approach to turbulence. In this thesis, we propose methods for generating phase screens that are more realistic and representative of turbulence in the atmospheric boundary layer.The sMPS has first been adapted to the self-consistent framework of the split-step wavelet (SSW) algorithm used for modeling electromagnetic propagation. Three methods for generating inhomogeneous turbulent phase screens have then been introduced. The extended-LES (X-LES) is a hybrid method. Large-scale turbulence is directly generated from thermodynamic fields obtained by large-scale simulation of an atmospheric boundary layer. The observed behavior is extended to unresolved scales using an approach similar to sMPS. For this method, the extension to so-called sub-grid scales has been improved using a more recent method of extracting turbulence data. Two purely stochastic methods have also been introduced, relying on a posteriori introduction of vertical inhomogeneity of turbulence in the sMPS method. The LES-Kolmogorov method uses vertical profiles of the turbulent structure constant directly extracted from atmospheric simulations, while the Bump-Kolmogorov (BK-model) method approximates them with a parametric model.The introduction of a local metric, adapted to the study of inhomogeneous turbulence, has allowed for the comparison of the three methods proposed in this manuscript. The observed results show that, regardless of the method used, the effect of turbulence on the propagation of a wavefront is statistically dependent on altitude. Furthermore, the LES-Kolmogorov and BK-model yield equivalent results, suggesting that the parametric reproduction of turbulence inhomogeneity in the atmospheric boundary layer is a reasonable approach. Conversely, comparison with the X-LES method shows that a predominantly stochastic and Gaussian approach to turbulence leads to a statistical underestimation of the actual effect of turbulence on propagation. Finally, a parametric study based on the altitude of the source underscores the importance of accounting for the inhomogeneity of turbulence in the atmospheric boundary layer for an adequate modeling of radio wave propagation
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Voisin, Philippe. "Influence de la turbulence de la basse atmosphère sur la localisation d'une source acoustique." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2000. http://www.theses.fr/2000ECDL0021.
Full textAbstract:
Ce présent rapport s'inscrit dans le cadre de l'étude de l'effet de la turbulence atmosphérique sur la propagation du son dans la basse atmosphère et de son influence (impact) sur la localisation de véhicules. Au cours d'expériences, les grandeurs météorologiques moyennes et fluctuantes de la basse atmosphère ont été relevées afin de mieux connaître l'état de stabilité et les taux de fluctuation thermique et cinématique de l'atmosphère. Pour cela, on a développé un capteur thermique capable de mesurer les variations relatives de température inférieure au dixième de degré et de fréquence inférieure à une centaine de Hertz. Ce capteur est constitué d'un thermocouple de type S développé à l'IGE de Belfort et associé à un amplificateur de gain 500000 développé à l'ISL. L'antenne de localisation est constituée de deux antennes linéaires imbriquées composées chacune de 8 microphones. L'ensemble des données météorologiques et acoustiques a été mesuré et enregistré in-situ. A partir de ces informations, une analyse des valeurs moyennes a permis de tracer les profils verticaux de vitesse du vent et de température avec la théorie de similitude de Monin-Obukhov. Sur trois différents cas de réfraction de l'onde, ces profils ont été utilisés dans un modèle de propagation basé sur la méthode des rayons pour calculer les trajets sonores et dans un code de calcul du niveau acoustique (PE) pour connaître les conditions de propagation de l'onde entre la source et l'antenne. Ensuite, les résultats de localisation ont été analysés conjointement avec les résultats des fluctuations thermiques et cinématiques de la basse atmosphère. Une relation étroite entre la précision des résultats de localisation et les valeurs propres de la matrice de corrélation des signaux acoustiques a pu être mise en évidence. La dégradation de ces valeurs propres est une conséquence directe du taux de fluctuation thermique et cinématique de la basse atmosphèreThis report is part of the study of the effect of atmospheric turbulence on sound propagation in the low atmosphere and of its influence (impact) on the localization of vehicles. In the course of experiments, the average and fluctuating meteorological magnitudes of the low atmosphere have been measured in order to have a better knowledge of the stability state and of the rates of thermal and kinematics fluctuation of the atmosphere. To this end, a thermal collector has been developed, capable of measuring the relative variations of temperature inferior to the tenth of degree and with a frequency below a hundred Hertz. This collector is composed of a thermocouple of type S developed by the IGE of Belfort and associated to an amplifier with a gain of 500 000 developed at ISL. The localization antenna is made up of two overlapping linear antenna, each composed of 8 microphones. The whole acoustic and meteorological data have been measured and recorded in situ. From this information, an average value analysis has allowed to lay out the vertical speed profiles of the wind and temperature by means of the Monin-Obukhov theory of similarity. In three different cases of wave refraction, these profiles have been used for a model of propagation based on the method of rays in order to calculate the sound paths and for a calculation code of the acoustic level (PE) allowing to know the propagation conditions of the wave between the source and the antenna. Then, the localization results have been analysed together with thermal and cinematic fluctuations results of the low atmosphere. A narrow relationship between the precision of the localization results and eigenvalues of the correlation matrix of acoustic signals has been established. The degradation of these eigenvalues is a direct consequence of the thermal and the kinematic fluctuation rate of the low atmosphere
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Rafalimanana, Alohotsy. "Prédiction de la turbulence atmosphérique pour l'optimisation des liens optiques en télémétrie par laser et en télécommunications en espace libre." Thesis, Université Côte d'Azur, 2022. http://www.theses.fr/2022COAZ4020.
Full textAbstract:
La prédiction des conditions atmosphériques et de turbulence présente un grand intérêt pour la communauté astronomique et les télécommunications optique en espace libre. La connaissance a priori des conditions atmosphériques plusieurs heures avant les observations permet d'optimiser la programmation des observations astronomiques appelée "flexible scheduling". Dans le domaine des télécommunications optiques en espace libre, elle peut aider à identifier la station optique au sol la moins impactée par la turbulence et à identifier à quelle période, la qualité optique de l'atmosphère est favorable à la transmission/réception. Dans cette thèse, une approche numérique basée sur le modèle Weather and Research Forecasting (WRF) couplé à différents modèles de turbulence optique a été utilisée. Des travaux d'optimisation de la prédiction par une méthode de "site learning", ont été réalisés, en considérant l'importance de l'utilisation des mesures locales pour améliorer le modèle de turbulence et mieux prendre en compte les spécificités locales d'un site donné. Cette méthode a été testée sur le site de l'Observatoire de Calern, France. Les résultats ont montré que le "site learning" apporte une amélioration de la prédiction. Des études de sensibilité aux différentes options du modèle ont été développées pour définir une méthodologie standard pour obtenir une configuration optimale de WRF. Cette technique a été appliquée au site de l'Observatoire de Cerro Pachón, au Chili. Toujours dans cette quête de prise en compte des spécificités d'un site, on s'est doté d'une nouvelle expérience consistant en un drone instrumenté pour améliorer la prédiction dans la couche limite planétaire. Les résultats d'une campagne de mesure réalisée sur le site de l'Observatoire de Calern sont présentésAccurate prediction of atmospheric and turbulence conditions are of interest for astronomical community and free space optical communications. The a priori knowledge of atmospheric conditions several hours before the observations allows to optimize the programmation of astronomical observations called "flexible scheduling". In the field of free space optical telecommunications, it can help to identify the optical ground station least impacted by turbulence and to identify when the optical quality of the atmosphere is favorable for transmission/reception. In this thesis, a numerical approach based on the Weather and Research Forecasting (WRF) model coupled with different optical turbulence models has been used. Optimization of the prediction by a "site learning" method has been performed, considering the importance of using local measurements to improve the turbulence model and better take into account the local specificities of a given site. This method has been tested at the Calern Observatory site, France. The results showed that the "site learning" brings an improvement of the prediction. Sensitivity studies to different model options were developed to define a standard methodology to obtain an optimal WRF configuration. This technique has been applied to the Cerro Pachón Observatory site, in Chile. Still in this quest to take into account the specificities of a site, we have developed a new experiment consisting of an instrumented drone to improve the prediction in the planetary boundary layer. Results of a measurement campaign carried out at the Calern Observatory are presented
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Lambert, Dominique. "Structure moyenne et turbulente de la couche limite atmosphérique au dessus de l'océan (expérience SEMAPHORE)." Toulouse 3, 1997. http://www.theses.fr/1997TOU30178.
Full textAbstract:
Le travail presente est consacre a une etude de la structure moyenne et turbulente de la couche limite atmospherique au dessus de l'ocean, realisee a partir des donnees de la campagne semaphore. Les objectifs de cette experience, qui s'est deroulee a l'automne 1993 dans la region des acores, etait d'etudier les interactions entre l'ocean et l'atmosphere a partir de mesures realisees dans l'ocean, a sa surface et dans la couche limite atmospherique. Ce travail s'est appuye principalement sur les donnees recueillies par deux avions de recherche instrumentes. La validation des donnees realisee en comparant entre elles les mesures effectuees par plusieurs plates-formes ainsi qu'une estimation des erreurs lors du calcul des flux ont permis, tout d'abord, de fixer les limites de l'analyse physique. Pour realiser cette analyse, la pertinence de la notion de couche de melange, permettant de definir les echelles caracteristiques en vue de la parametrisation de la couche limite, a ete mise en lumiere. L'analyse statistique de la structure turbulente de la couche limite a ensuite ete realisee en details. Une anisotropie des echelles turbulentes liee a un etirement des structures dans l'axe du vent moyen a ete mise en evidence. Les consequences qui en decoulent ont ete etudiees. Les profils des principaux parametres turbulents ont ete etablis en utilisant la normalisation par les echelles convectives. Les resultats ont ete compares a des etudes precedentes en couche limite convective. Enfin, la variabilite de l'etat de couplage de la couche nuageuse avec la couche melangee observee au cours d'une journee a motive une analyse lagrangienne de la couche limite a stratocumulus. Cette etude, realisee a partir des mesures aeroportees et du bateau et confirmee par l'imagerie satellitale, a montre que les structures nuageuses se deplacaient dans le flux moyen sans deformation importante sur une periode de l'ordre de deux heures.
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García, gago Ángel. "Développement de chaînes de modélisation numérique pour prendre en compte les effets de la variabilité à petites échelles du vent dans la simulation de la production électrique avec des éoliennes." Electronic Thesis or Diss., Marne-la-vallée, ENPC, 2023. http://www.theses.fr/2023ENPC0041.
Full textAbstract:
Les champs atmosphériques, dont le vent, présentent une variabilité extrême sur une large gamme d'échelles spatio-temporelles. Cela les rend complexes à analyser, modéliser et même observer. Les outils gaussiens standard ne permettent pas de prendre en compte cette variabilité et sous-estiment les fluctuations extrêmes. L’augmentation continue de la production éolienne dans les scénarios de transition énergétique souligne la nécessité de mieux caractériser et simuler ces champs. Les Multifractales Universels (UM) sont un candidat approprié pour ce cadre requis. En effet, elles reposent sur le concept physique d'invariance d'échelle, hérité des équations de Navier-Stokes, et sont parcimonieuses avec seulement trois paramètres physiquement interprétables pour caractériser pleinement la variabilité des champs. Dans ce cadre, les champs sont générés par un processus de cascade multiplicative, où l'activité est transférée itérativement des grandes échelles jusqu'aux échelles de dissipation (quelques mm pour le vent). Les UM ont été largement mis en œuvre sur large spectre de champs géophysiques .D’abord, des champs de vent réalistes ont été simulés. Une analyse UM a été mise en œuvre sur des données d'anémomètres 3D à haute résolution collectées lors de la campagne de mesure du projet RW-Turb qui a eu lieu pendant 2,5 ans sur le parc éolien des Pays d'Othe. On a observé un bon comportement invariant d'échelles entre 4 secondes et 17 minutes et identifié des tendances sur paramètres UM en fonction de la vitesse moyenne du vent. Des changements rapides sont notés jusqu'à environ 4 m/s avant d'atteindre un plateau. Ensuite, des champs de vent sont simulés en utilisant des méthodes existantes pour les cascades continues. Ces outils sont conçus pour faciliter la simulation de champs géophysiques scalaires et vectoriels. Ils offrent la flexibilité d'étendre leur application à des champs 1D, 2D et 2D+1, fournissant ainsi une approche polyvalente pour la modélisation de champs vectoriels complexes. Quatre méthodes de simulation du vent sont mises en œuvre sur la plage d'échelles identifiées dans l'analyse. La première, simpliste, implique la reconstruction des champs de vent à partir de mesures ponctuelles et de lois d'échelles. Deux autres sont basées sur les Flux Intégrés Fractionnairement (FIF). L'une simule directement les champs de vent, tandis que la seconde est adaptée pour modéliser les fluctuations du vent et le reconstruire à partir de là. Des outils ont été développés pour simuler des scalaires (vent horizontal) ou des vecteurs pour des séries temporelles, des cartes ou dans un espace 3D avec le temps. Enfin, des champs ont également été générés en utilisant le logiciel commercial Turbsim, développé par le NREL (Etats-Unis). Il repose sur des statistiques gaussiennes, dont les limites sont connues pour le vent. Les simulations ont été analysées en 1D et 2D pour confirmer leur validité. Les propriétés du vent observées sont mieux reproduites par des simulations FIF directes. Enfin, les champs de vent simulés sont utilisés pour étudier les effets de la variabilité du vent à petites échelles sur le couple de l'éolienne en les intégrant dans trois chaînes de modélisation à la complexité croissante. La première ne prend en compte que la variabilité temporelle, en moyennant le vent et en le considérant à la hauteur de la nacelle. La deuxième intègre la contribution de chaque portion de pale pour calculer à chaque pas de temps le couple global et ainsi prendre en compte à la fois la variabilité spatiale et temporelle. La troisième utilise le logiciel largement utilisé dans la recherche et l'industrie, OpenFAST (NREL). Dans l'ensemble, des caractéristiques similaires sont observées pour les trois types de séries temporelles simulées. L'analyse UM mise en œuvre sur un ensemble de simulations montre une meilleure capacité de la méthode intégrale à tenir compte des fluctuations du vent à petite échelleAtmospheric fields, and notably wind fields are known to exhibit extreme variability across wide ranges of space-time scales. This makes them complex to analyse, model and even to observe. Standard Gaussian tools are not able to deal with such variability and underestimate extreme fluctuations. However, the ongoing increase of wind power production in energy transition scenarios highlights the need to better characterize and simulate these fields.Multifractals are an appropriate candidate for this required framework. Indeed, they rely on the physically based concept of scale invariance retrieved from the governing Navier-Stokes equations. In this framework, fields are generated through a multiplicative cascade process, where activity is iteratively transferred from large scales down to dissipation scales, which is of few millimeters in the case of wind. In the specific framework of Universal Multifractals (UM) only three parameters with clear physical interpretations are needed to fully characterize the fields' variability. UM have been extensively used to characterize and simulate a wide range of geophysical fields such as wind, rainfall or river flow.In a first step of this PhD, realistic wind fields are simulated. First, UM analysis were implemented on high-resolution 3D anemometer data collected during the RW-Turb measurement campaign that took place over 2.5 years on the operational wind farm of Pays d'Othe. A good scaling behaviour between 4 s and 17 min was observed and trends of retrieved UM parameters were identified depending on average wind. Rapid changes are found up to roughly 4 m/s before reaching a plateau. Then wind fields are simulated relying on existing methods for continuous cascades. These tools are designed to facilitate the simulation of both scalar and vector geophysical fields, expanding beyond the constraints of one-dimensional scenarios. They offer the flexibility to extend their application to spatial, temporal, or spatio-temporal fields, providing a versatile approach to modeling complex vector fields. Four distinct wind simulation methods are implemented on the range of scales identified in the analysis. The first one entails the reconstruction of wind fields from point measurements using scaling laws, although it does involve certain oversimplifications. The next two methods, are both based on Fractionally Integrated Flux. One directly simulates wind fields, while the second is tailored to model wind fluctuations and reconstruct wind from there. Tools to simulate scalars (horizontal wind) or vectors for time series, maps or in a 3D space plus time framework were developed. Finally, fields were also generated using the commercial software Turbsim, developed by the US National Renewable Energy Laboratory (NREL). It relies on Gaussian statistics which are know to exhibit limitations in capturing the true nature of wind fields. Simulation were analysed in 1D and 2D to confirm validity. It appears that observed wind properties are best reproduced by direct FIF simulations.Finally, the wind fields simulated are used to investigate the effects of small-scale wind variability on the wind turbine torque computation by imputing the simulated vector fields into three modelling chains with increasing complexity. The first one only considers the temporal variability, averaging the wind field and considering it at hub height. The second one is based on the angular moment definition and allows to consider both spatial and temporal variability by computing the torque at each blade point and integrating it along the radius for each time step. Finally, the third one uses the commonly used in research and industry software OpenFAST developed by the NREL. Overall similar features are observed for three types of simulated time series. UM analysis implemented on ensemble of simulations enabled to highlight a better ability of the integral method to account for the small scale wind fluctuations
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Balde, Hambaliou. "Modélisation de la pollution atmosphérique de scalaires passifs par faibles vents." Thesis, Evry-Val d'Essonne, 2011. http://www.theses.fr/2011EVRY0001/document.
Full textAbstract:
La plupart des épisodes de pollution atmosphérique intense apparaissent lors des situations des vents faibles. Les modèles de pollution atmosphérique surestiment ou sous-estiment les concentrations dans ces conditions, en fonction des modèles des écarts-types (σi avec i=x,y,z) de dispersion auxquels ils sont associés. Ceci a été mis en évidence dans la première partie de cette thèse où on a évalué l’efficacité de 5 modèles de dispersion associés à 6 modèles des écarts-types, en se servant de 5 bases des données internationales. Dans la deuxième partie, nous avons développé deux modèles écarts-types de dispersion (S_LMEE_Ond et S_LMEE_Taylor) à partir de bases de données expérimentales appropriées. On a montré ainsi que pour les vents faibles, la vitesse instantanée du vent est non-stationnaire et qu’elle est caractérisée par des fluctuations rapides (aléatoires ou turbulentes) et des fluctuations lentes (organisées). Les fluctuations turbulentes favorisent le mélange des particules à l’intérieur du panache et les fluctuations lentes entrainent leur transport horizontal. Les modèles des écarts-types développés dans cette thèse semblent mieux appropriés pour étudier la dispersion des particules par faibles vents. Le modèle S_LMEE_Taylor est fonction du module moyen de la vitesse du vent (V) et des écarts-types des fluctuations organisées (σu et σv). Des modèles ARX multivariables et autorégressifs ont été développés dans un environnement MATLAB pour la prédiction de ces paramètres avec un horizon de 10 mn et 30 minThe most intense air pollution episodes occur in situations of low winds. The air pollution models overestimate or underestimate the levels in these conditions, according to models of standard deviations (σi with i = x, y, z) dispersion which they are associated. This was highlighted in the irst part of this thesis where we evaluated the efficacy of five models of dispersal patterns associated with six standard deviations, using five international databases. In the second part, we have developed two models of dispersal standard deviations (S_LMEE_Ond and S_LMEE_Taylor) from experimental databases appropriate. It has been shown and for light winds, the wind speed is non-stationary and ischaracterized by rapid fluctuations (random or turbulent) and slow fluctuations (organized). Turbulent fluctuations promote mixing of particles within the plume and slow fluctuations leading to their horizontal transport. Models of deviations developed in this thesis seem more appropriate to study the dispersion of particles by low winds. The model is based on the module S_LMEE_Taylor average wind speed (V) and standard deviations of fluctuations organized (σu and σv). ARX models and multivariate autoregressive have been developed in MATLAB to predict these parameters with a 10 min and 30 min