Fin du projet ASTURIES : de nouvelles modélisations d’écoulements de fluides avec turbulence
Le projet exploratoire porté par Rémi Manceau, directeur de recherche CNRS au Laboratoire de mathématiques et leurs applications de Pau (LMAP), et une équipe CNRS-Inria-UPPA en partenariat avec le CEA Cesta et l’IFPEN a permis de développer des modèles économisant du temps de calcul.
Les écoulements de fluides (eau ou air en général) sont des phénomènes complexes en raison de la turbulence associée. On cherche à les comprendre depuis Léonard de Vinci, car les applications industrielles et environnementales sont nombreuses. Cependant l’approche expérimentale en soufflerie coûte extrêmement cher, et l’approche numérique nécessite une puissance de calcul qui n’existe pas encore.
L’idée du projet était donc de chercher à modéliser cette turbulence sans avoir à calculer tous les détails. Comment ? En développant des approches agiles qui adaptent la finesse du modèle en fonction de la situation, en cours de calcul. En d’autres termes, il fallait trouver dynamiquement un compromis entre coût de calcul et représentation physique.
Un travail à la fois sur la modélisation et sur la précision de calcul
Au niveau du modèle, l’équipe, constituée d’un doctorant et d’un post-doc, a développé de nouvelles approches qui permettent de basculer automatiquement, au cours du calcul, d’une approche « grossière » à une approche très précise. Un nouveau modèle permettant de représenter physiquement ce qui se passe dans différentes régions de la turbulence et de les raccorder a pu être établi.
En termes de schéma numérique, l’idée était d’avoir la précision souhaitée à l’endroit souhaité. Le travail s’est fait sur la manière d’écrire les équations et l’efficacité algorithmique pour que le calcul ne soit pas trop long. Avec le CEA, l’équipe a pu pour la première fois écrire des schémas très précis pour les modèles de turbulence développés. Avec l’IFPEN, le maillage utilisé a permis de décrire localement la turbulence en ayant un schéma plus précis, et la chaire est parvenue à le faire au sein d’un code industriel commercial.
La suite des travaux a consisté à confirmer ces bons résultats sur un cas test complètement différent, celui du jet en crossflow (c’est-à-dire comme un geyser dans un courant marin, comme à l’intérieur d’une chambre de combustion d’un moteur d’avion), en comparaison avec les données expérimentales mise à disposition dans le projet. Ce test a permis de valider les modèles auto-adaptatifs établis par l’équipe, une première dans le monde.
Des publications scientifiques ont été faites dans les meilleures revues du domaine comme Flow, Turbulence and Combustion ou Physics of Fluids, et une autre est en cours.
Crédit photos : Inria
L’I-SITE Energy and Environment Solutions (E2S) est un consortium de recherche associant l’UPPA, INRAE, Inria et le CNRS ayant obtenu des fonds du Programme d’Investissements d’Avenir grâce au label d’excellence universitaire I-SITE (Initiative Sciences, Innovation, Territoires, Economie).
Entre 2017 et 2024 l’I-SITE a financé un certain nombre de projets de recherche partenariaux, dont des projets « exploratoires » permettant de faire émerger des sujets innovants et de réduire des verrous technologiques.
