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Contexte

Le contrôle de l’interaction fluide/solide reste un défi majeur pour les scientifiques. Cette problématique se rencontre dans les applications qui font intervenir un dispositif solide en mouvement par rapport à un fluide : véhicule, aéronef, pale d’éolienne ou d’hydrolienne … Dans tous ces cas de figure, il est pertinent de contrôler l’écoulement du fluide au niveau de sa surface de contact avec le dispositif.
En matière de déplacement dans un fluide, le monde animal a beaucoup à nous apprendre. On peut citer par exemple les oiseaux, dont les ailes sont à la fois lisses, résistantes mais également déformables au gré des vents et, ce, indépendamment du battement. Il en résulte que la plupart des oiseaux sont capables d’exploiter cette complexité structurelle pour détecter l’évolution du fluide environnant et optimiser leur vol. L’aile est à la fois une surface de captation des courants aériens et un actionneur qui adapte sa portance en fonction de l’écoulement. Certains oiseaux sont par exemple capables de percevoir très finement la présence et l’évolution de courants thermiques, leur permettant de s’élever dans les airs pratiquement sans effort. On retrouve également des fonctionnalités similaires chez certains insectes volants qui disposent sur leurs ailes de capteurs qui, du point de vue mécanique, s’apparentent à des jauges de contraintes. Cela leur permet également d’optimiser le rendement de leur effort de vol en détectant le sens du vent. Il y a certainement là un biomimétisme dont il conviendrait de s’inspirer.
Les oiseaux ou les insectes sont donc capables de percevoir certaines caractéristiques de l’écoulement et modifier en conséquence la surface de leurs ailes pour optimiser leur vol. De la même manière, s’ils étaient fixes, ils seraient capables de détecter le vent et d’en minimiser les effets sur eux en bougeant très subtilement leurs ailes. Par analogie, un moyen de contrôler un écoulement serait de déformer continument de manière intelligente et localisée la surface de contact. Cela suppose une surface déformable en plusieurs points avec des propriétés mécaniques et élastiques adéquates, par exemple une gomme en caoutchouc actionnée par des micro-vérins. Chaque actionneur doit être capable d’assurer la déformation locale du profil et chaque capteur doit renvoyer une mesure permettant de vérifier que cette déformation est bien conforme aux attentes.

Objectifs du stage

L’objectif de ce stage est de construire un simulateur 2D traduisant la dynamique d’un écoulement incompressible sur une surface continument déformable. L’interaction fluide/solide sera supposée unidirectionnelle, en ce sens que le fluide n’agit pas sur la déformation de la surface. La déformation doit pouvoir se faire de façon dynamique et simultanée sur plusieurs points paramétrables. Un axe important des travaux concernera la modélisation du déplacement de la surface solide sous l’effet d’actionneurs locaux. En effet, une action sur un des points de déformation doit entraîner une déformation continue de la surface suivant une loi d’élasticité. Le champ de vitesse du fluide incident sera considéré uniforme et potentiellement variable. Les données à récupérer à chaque pas de calcul sont les champs de vitesse et de pression à la surface, les actions sur les points de déformation, le champ de vitesse derrière le solide. Pour débuter ses travaux, le/la stagiaire se basera sur des études préliminaires effectuées avec la librairie KratosMultiphysics.

Informations pratiques

Le stage s’inscrit dans le cadre d’une collaboration entre le LIAS[1] et le laboratoire commun i-Tire Lab[2] en partenariat avec Michelin. Il sera encadré par

[1] Laboratoire d’Informatique et d’Automatique pour les Systèmes (LIAS) UR 20299
[2] i-Tire Lab Joint laboratory LIAS-GIPSALAB-MICHELIN, Université de Poitiers, campus universitaire, B25 TSA 41105 86073 Poitiers Cedex 9