Soutenance de Thèse - Robin Barbera

Composition du jury : Frédéric Alauzet, Directeur de Recherche, INRIA Saclay Ile-de-France (Rapporteur) Elie Hachem, Professeur, Mines ParisTech, Sophia Antipolis (Rapporteur) Héloïse Beaugendre, Professeure, Université de Bordeaux (Examinatrice) Christophe Brun, Maître de Conférences, Université Grenoble Alpes (Examinateur) Guillaume Balarac, Professeur, Université Grenoble Alpes - Grenoble INP (Directeur de thèse) Cindy Merlin, Ingénieure, ArianeGroup (Membre invitée) Résumé : Dans le contexte des simulations numériques haute performance en dynamique des fluides, le maillage utilisé pour discrétiser le domaine joue un rôle crucial à la fois dans la précision et dans le coût de calcul. Cette thèse vise au développement de stratégies pour l’utilisation de maillages anisotropes pour les écoulements turbulents et diphasiques. En effet, l’utilisation de cellules anisotropes permet une réduction substantielle du coût de calcul en prenant en compte les directions préférentielles de l’écoulement ; cependant, elle pose plusieurs défis à la fois pour la gestion du maillage et pour la précision du calcul. Dans cette perspective, une méthodologie pour adapter le maillage de manière anisotrope, dans un contexte massivement parallèle a été implémentée dans la librairie volumes-finis YALES2. Des développements récents dans un cadre isotrope pour les Simulations des Grandes Échelles (SGE) introduisent deux critères qui permettent la génération de maillages statiques, en assurant une convergence automatique du maillage et une précision cohérente. Dans le cadre de cette thèse, la stratégie a été étendue avec un critère qui permet de résoudre toutes les échelles turbulentes (simulation numérique directe, DNS) dans les régions où les hypothèses nécessaires à l’application de la SGE ne sont pas vérifiées, comme dans les régions en transition vers la turbulence. De plus, la stratégie est étendue aux maillages anisotropes, où ce nouveau critère joue un rôle central pour garantir la fidélité des simulations. La stratégie développée est validée sur diverses configurations, incluant un jet turbulent, un écoulement turbulent en conduite et une chambre de combustion semi-industrielle. Les résultats obtenus sont en excellent accord avec les données de référence et permettent d’obtenir des réductions significatives des coûts de simulation (de l’ordre de 50 % à 75 %). Dans un second temps, les méthodologies de remaillage anisotrope développées ont été appliquées à l’adaptation dynamique des interfaces diphasiques, où le maillage est fréquemment mis à jour pour suivre la position de l’interface. L’anisotropie du maillage est contrôlée par la courbure locale de l’interface. Cette stratégie est validée sur une goutte transportée par l’écoulement, des bulles s’élevant dans un liquide au repos, et une configuration de ballottement dans un réservoir. Une précision similaire à celle du cas avec maillage isotrope est obtenue, tout en offrant une réduction significative du coût de simulation (typiquement de 30 % à 40 %). Ce travail ouvre de nouvelles perspectives pour les écoulements turbulents et diphasiques, où la SGE et la résolution d’interfaces fluides étendues seraient trop coûteuses sans l’utilisation de maillages anisotropes. Le cadre anisotrope développé étend donc l’utilisation de simulations numériques précises à des cas plus complexes, augmentant l’applicabilité de la SGE pour des applications industrielles.