DOCTORANT (H/F) : Assimilation de données pour le couplage calcul-expérience appliqué aux sillages à proximité de la surface libre

Description du Poste

Sujet De Thèse

Au CNRS, sur le site du Futuroscope, l'Institut PPRIME, recrute un doctorant ou une doctorante pour étudier les écoulements autour de surfaces portantes à travers le développement d’une méthodologie de couplage par assimilation de données entre calcul et expérience, destinée à fournir des prédictions d’écoulements autour de corps évoluant à proximité de la surface libre.

1- CONTEXTE :
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La compréhension et la prédiction des écoulements autour de structures fixes ou mobiles sont des enjeux essentiels dans de nombreuses applications défense. En aérodynamique comme en hydrodynamique, les voilures fixes ou tournantes, les gouvernes, les propulseurs sont soumis à des efforts fluides provoqués par des phénomènes physiques instationnaires complexes difficiles à prédire et à mesurer avec précision. Dans la plupart des applications, ces phénomènes conditionnent les interactions entre le fluide et les structures et leur compréhension nécessite à la fois la connaissance de la dynamique instationnaire de l’écoulement, du sillage et des efforts fluides correspondants. En particulier, les écoulements turbulents génèrent des structures à de multiples échelles qui influencent fortement les forces de pression et de frottement (donc les performances hydrodynamiques), les sillages, ainsi que l’aération ou encore la cavitation qui influent elles-mêmes sur les sillages.

Dans ce contexte, les outils théoriques et numériques destinés à prédire les écoulements sont généralement confrontés aux données expérimentales disponibles à l’aide de quantités statistiques, modales ou spectrales. Il est cependant difficile de confronter directement les résultats de simulation aux résultats expérimentaux car ces deux approches sont à la fois conditionnées indépendamment l’une de l’autre et obtenues sur des bases de temps différentes. De plus, le calcul numérique permet une description fine des écoulements à proximité des parois et dans des zones non accessibles à la mesure, et ne peut donc être directement comparé à l’expérience. Le constat peut alors être fait qu’au delà de la confrontation, calcul et mesure doivent pouvoir s’enrichir mutuellement de façon à fournir des prédictions étendues aux zones les plus inaccessibles tout en partageant un même conditionnement.

Dans ce sujet de thèse nous proposons ainsi de développer une méthodologie de couplage entre simulation et expérience destinée à fournir des prédictions d’écoulements autour d’un profil Eppler à proximité de la surface libre, dont la représentativité sera quantifiée à partir de calculs d’incertitudes appliqués aux deux approches.

2- PROGRAMME :
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Le sujet de thèse proposé a pour objectif le développement, la validation et l’application d’une méthodologie opérationnelle d’assimilation de données pour les écoulement instationnaires et turbulents. Une première approche consistera à identifier dans quelle mesure l’hybridation – couplage direct avec pondérations arbitraires (Suzuki et al. 2018) - de données numériques et expérimentales peut constituer une solution acceptable. Cette première phase sera complétée par une approche de type estimation stochastique, dans laquelle les niveaux d’incertitude de chaque jeu de données seront pris en compte pour le couplage. Enfin, une approche stochastique de type filtrage de Kalman (Suzuki et al, 2020) sera développée, dans laquelle un modèle d’évolution basé sur les équations de Navier-Stokes sera combiné à un modèle d’observation des données expérimentales. Les niveaux d’incertitude des calculs expérimentaux et numériques seront intégrés à cette approche afin de fournir le meilleur estimateur possible de l’état de l’écoulement. Les performances de ces méthodologies seront quantifiées par la confrontation entre résultats issus de l’assimilation de données et ceux issus de l’expérience sur des bases de données d’apprentissage et de validation indépendantes. Un travail complémentaire sera mené pour déterminer les jeux de données minimaux permettant une assimilation effective, dans la perspective de réduire les volumes de données expérimentales.

Des applications aux écoulements laminaires et turbulents autour de profils d’ailes (section Eppler) seront menées. Une attention particulière sera portée à la reconstruction des structures tridimensionnelles à partir de données de vitesse bi- ou tri-composantes obtenues sur des domaine de mesure bi- ou tri-dimensionnels. L’estimation des champs de pression et des efforts fluides sera confrontée aux mesures effectuées à l’aide de capteurs et aux résultats issus des méthodes de post-traitement conventionnelles.


3- COMPÉTENCES requises :
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- Titulaire d'un diplôme de Master ou d'école d'Ingénieur,
- Mécanique des fluides, Simulation numérique (OpenFOAM),
- Techniques expérimentales,
- Programmation scientifique.

Votre Environnement de Travail

Le Doctorant ou la doctorante sera localisé sur le site de l'Isae-ENSMA (pprime.fr) et devra s'inscrire à l'École doctorale MIMME.

Contraintes et risques

Des déplacements de courte durée, en France et à l'étranger, sont à prévoir.

Rémunération et avantages

Rémunération

La rémunération est d'un minimum de 2300,00 € mensuel

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

À propos de l’offre

À propos du CNRS

Le CNRS est un acteur majeur de la recherche fondamentale à une échelle mondiale. Le CNRS est le seul organisme français actif dans tous les domaines scientifiques. Sa position unique de multi-spécialiste lui permet d’associer les différentes disciplines pour affronter les défis les plus importants du monde contemporain, en lien avec les acteurs du changement.

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