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ORIENTATIONS SCIENTIFIQUES
Le domaine « Fluides, Structures » s’intéresse aux
écoulements de fluides, principalement autour d’engins
mobiles ou de structures fixes, aux écoulements
réactifs et systèmes de propulsion, à la conception
et au dimensionnement des structures, ainsi qu’aux
couplages entre ces phénomènes physiques. La démarche
scientifique commune à ces disciplines, qui
implique une confrontation entre expérimentation,
théorie et simulation, est étroitement liée à la notion
de modèle du phénomène physique considéré: identification
des paramètres et des mécanismes en jeu,
quantification des effets, limitations.
S’appuyant au départ fortement sur l’expérimentation,
les travaux bénéficient aujourd’hui de l’augmentation
exponentielle de la capacité informatique
qui permet souvent d’envisager des quasi-expériences
virtuelles. La simulation numérique est
ainsi un axe d’effort dont l’importance est reconnue
dans les réflexions actuelles sur la Stratégie Nationale
de la Recherche et l’Innovation (SNRI); elle implique
des travaux en mathématiques appliquées,
pour l’analyse des équations et le développement
des méthodes numériques et des algorithmes d’optimisation.
En effet, l’accroissement des capacités
informatiques ne doit pas faire l’économie d’une
amélioration de l’efficacité de la simulation ni de
la pertinence des modèles physiques utilisés: le recours
à l’expérimentation, certes plus ciblé, reste
ainsi une nécessité.
Sur le plan applicatif, l’impact des travaux se traduit
le plus souvent par une évolution des méthodes de
conception en ingénierie. Pour répondre à la nécessité
d’optimisation de critères multi-physiques ou
atteindre le meilleur compromis entre précision et
coût calcul, existe un réel besoin de disposer de
modèles simplifiés mais pertinents ainsi que de
codes de calculs en fluide ou en structure, qui soient
des boites à outils multidisciplinaires; leur interfaçage
en sera facilité avec les outils plus généraux de
conception d’architecture de systèmes et de plateformes
et l’approche système du domaine «Ingénierie
de l’Information et Robotique ».
1. ECOULEMENTS FLUIDES
Les performances des plateformes aéronautiques,
terrestres et navales se traduisent traditionnellement
en termes de trainée, portance, manœuvrabilité
ou sillages nécessitant l’étude des écoulements
en régime stationnaire ou instationnaire. Même si la
mécanique des fluides a fortement progressé dans
sa capacité de prédiction quantitative des phénomènes
physiques, les efforts doivent être poursuivis
dans des applications intéressant la défense, par
exemple pour être capable de mieux appréhender
les écoulements autour des formes géométriques
furtives ou de simuler la trajectoire d’engins particulièrement
manœuvrant.
Des phénomènes physiques fondamentaux constituent
encore des points durs pour la modélisation
générale des écoulements. La compréhension des
instabilités d’écoulements, des mécanismes de
transition laminaire/turbulent, des phénomènes de
décollement de couches limites ou de décrochage
de corps portants sont nécessaires à la prévision
des performances aérodynamiques. Sont plus particulièrement
d’intérêt défense, les configurations
d’écoulements turbulents à haut Reynolds en régime
instationnaire qui nécessitent l’amélioration
des modèles de turbulence et des approches LES/
DNS. La problématique des sillages (tourbillons,
vagues, bulles…) est d’un intérêt certain pour les
questions de furtivité.
Des thèmes plus spécifiques à l’aérodynamique
concernent la modélisation des écoulements compressibles
ou internes, comme les ondes de choc,
leurs interactions mutuelles ou avec la couche limite,
les jets impactant ou transverses, les écoulements
avec giration.
Des thèmes spécifiques à l’hydrodynamique, pour
le milieu naval, concernent d’une part les aspects
liés à la surface libre (écoulements instationnaires à
surface libre à Reynolds élevé autour de géométries
complexes, modélisation non-linéaire de champs de
vagues, déferlement des vagues) et d’autre part la
dynamique spécifique des corps flottants, des corps
remorqués, et des engins sous-marins en phase de
lancement ou traversant une interface air-eau.
Figure 2.1 :
Simulation numérique de sortie d’engins
(DGA Techniques hydrodynamiques).
La problématique des milieux bi-fluides ou multiphasiques
est également d’un grand intérêt pour la
défense. Ceux-ci sont à l’origine de dysfonctionnements
(cas d’une hélice cavitante ou partiellement
immergée) ou peuvent être mis à profit (nuages de
gouttes d’eau pour lutter contre les incendies ou
de bulles d’air pour protéger des ondes de choc).
La maitrise de ces sujets nécessite des travaux génériques
en modélisation des écoulements diphasiques
ou multi-fluides. Des questions spécifiques
comme l’interaction ondes de choc-bulles, la cavitation
ou la supercavitation doivent motiver le développement
de modèles plus performants.
L’optimisation et le contrôle des écoulements représentent
un degré supérieur de maitrise. Ils néces-
Domaine 2
POLITIQUE ET OBJECTIFS SCIENTIFIQUES ÉDITION 2010 - ORIENTATIONS 2011-2012 23