Dynamique de fibre flexibles en canal turbulent // Dynamics of flexibles fibers in wall-bounded turbulent flow

Le sujet consiste à étudier le transport turbulent de fibres flexibles, telles que des débris plastiques ou de la matière organique en mer et en rivière. Modéliser la dynamique de ces particules déformables demeure un défi majeur, notamment au voisinage de parois. La présence d'une paroi rend en effet l'écoulement inhomogène et anisotrope, complexifiant considérablement les propriétés de transport. Jusqu'à présent, la dynamique de fibres au voisinage de parois n'a été considérée que pour des particules rigides, alors que les fibres flexibles ont principalement été étudiées dans le cadre idéalisé et plus simple de la turbulence homogène isotrope.

Ce travail de thèse vise à explorer la dynamique de fibres flexibles dans un écoulement avec des parois, un canal turbulent. Le travail de recherche proposé sera principalement expérimental, mais aura également un volet numérique complémentaire des expériences réalisées. Il consistera à caractériser la dynamique des fibres dans l'écoulement en fonction de la distance à la paroi et la flexibilité des fibres. Pour cela, des expériences seront conduites dans le canal avec des fibres de longueurs différentes. L'orientation et la déformation des fibres seront reconstruites en trois dimensions à l'aide de plusieurs caméras rapides et de codes de traitements d'images. Les résultats expérimentaux seront ensuite comparés quantitativement à des résultats issus de simulations numériques directes réalisées dans l'équipe.

Le doctorant ou la doctorante sera intégré(e) à l'équipe Fluides Complexes de l'Institut de Physique de Nice (INPHYNI), dans laquelle un canal turbulent a récemment été construit et caractérisé. Il ou elle bénéficiera également des interactions locales avec plusieurs équipes de recherche travaillant sur des aspects numériques ou théoriques de la turbulence et du transport de particules, à l'INPHYNI ou d'autres laboratoires de l'Université Côte d'Azur (INRIA, LJAD).
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The project deals with the transport of flexible fibres by a turbulent flow, such as plastic debris or organic matter in oceans and rivers. Modelling the dynamics of such deformable particles in these environmental flows remains a major challenge, particularly near boundaries. Indeed, the presence of a wall makes the flow inhomogeneous and anisotropic, drastically complicating transport properties. So far, the dynamics of fibres in wall-bounded flow have only been considered for rigid particles, while flexible fibres have mainly been studied in the idealized and simpler context of homogeneous isotropic turbulence. There-fore, this PhD project aims to explore the dynamics of flexible fibres in wall-bounded flow, within a turbulent channel.

This PhD project aims to explore the dynamics of flexible fibres in wall-bounded flow, within a turbulent channel. The proposed research work will be mainly experimental but will also include a numerical part complementary of the experiments. It will consist in characterizing and understanding the fibre dynamics as a function of the distance from the wall and the flexibility of the particles. Experiments will be conducted in the channel flow with fibres of different properties. The fibre orientation and deformation will be measured using several high-speed cameras and 3D reconstruction codes. The experimental results will then be quantitatively compared to results of direct numerical simulations conducted within the team.

This PhD thesis is funded through the ANR ChannelFlex project. The student will integrate the Complex Fluids research group of the Physics Institute of Nice (INPHYNI), where a turbulent channel has been recently built and characterized. He or she will also benefit from interactions with other research groups working on numerical and theoretical aspects of turbulent transport, at INPHYNI and in other laboratories of Université Côte d'Azur (INRIA, LJAD).
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Début de la thèse : 01/10/2024

Autre financement public

ANR Financement d'Agences de financement de la recherche

Université Côte d'Azur

364 SFA - Sciences Fondamentales et Appliquées

Le candidat ou la candidate aura une formation de physique générale avec des notions avancées en mécanique des fluides et physique hors-équilibre. Il ou elle aura un goût prononcé pour le développement expérimental, l'analyse d'images, et le traitement de données expérimentales ou numériques. Il ou elle sera également prêt(e) à s'investir pour travailler sur des modèles numériques et théoriques pour compléter la partie expérimentale du projet.
The candidate should have a strong background in physics and advanced notions in fluid mechanics and out-of-equilibrium physics. The candidate should have a strong appeal to develop experiments, to perform image analysis and experimental or numerical data processing. The candidate should be willing to work on models and simulations to support the experimental work.