Soutenance de thèse de Thibaut ROSSI

Les nouvelles générations de sous-marins militaires sont de plus en plus discrètes et donc deviennent de plus en plus difficiles à détecter. Une limitation majeure du seuil de détection est induite par le pseudo-bruit de couche limite généré à proximité des antennes SONAR. La connaissance du spectre en nombre d'onde-fréquence des fluctuations de pression pariétale s'avère indispensable pour estimer ce pseudo-bruit et ainsi améliorer la prédiction des performances et optimiser l’intégration des antennes SONAR sur les porteurs. De plus, une meilleure connaissance de la nature du bruit perçu sur les antennes dans le domaine nombre d’onde-fréquence permet de quantifier les effets des différents traitements du signal utilisés. En effet, les nouveaux traitements SONAR sont sensibles aux corrélations entre capteurs et peuvent dans certains cas présenter une forte amélioration du plancher de bruit perçu en sortie de traitement. Classiquement, on dispose de modèles empiriques pour estimer rapidement ce terme source. Mais le champ d’application de ce type de modèle est circonscrit par les données expérimentales et numériques qui ont servi à leur élaboration, en général des écoulements de plaque plane. En outre, ces modèles ne parviennent pas à estimer correctement les composantes spectrales à l’origine de la majeure partie du pseudo-bruit perçu, et ne sont pas adaptés pour traiter les écoulements turbulents de couche limite avec gradient de pression ou décollement. Dans le cadre de ces travaux de thèse, on propose de développer une méthode d'évaluation du pseudo-bruit généré par des couches limites turbulentes attachées et décollées. Tout d'abord, des simulations des grandes échelles basées sur la méthode de Boltzmann sur réseau sont réalisées pour évaluer la capacité de ce type de solveur à estimer directement le pseudo-bruit d'une couche limite turbulente. Pour cela, des ingrédients numériques particuliers sont utilisés pour stabiliser et réduire le coût numérique des simulations. Ensuite, un modèle analytique est revisité et une procédure numérique est proposée pour calculer le spectre en nombre d'onde-fréquence des fluctuations de pression pariétale de couches limites attachées et décollées. La méthodologie est validée pour une couche limite turbulente sur plaque plane et pour l'écoulement en aval d'une marche descendante. Des données expérimentales sont notamment exploitées pour valider les résultats de la marche descendante.

New generations of military submarines are increasingly discreet, and therefore more difficult to detect. A major limitation of the detection threshold is the flow-induced noise and vibrations generated by the hydrodynamic boundary layer in the vicinity of SONAR antennas. The knowledge of the wavenumber-frequency wall-pressure spectrum is of great interest for performance prediction and optimization of SONAR integration within the different naval platforms. Moreover, new SONAR processing techniques are sensitive to correlations between sensors and may, in some cases, produce a great reduction of the noise floor after treatment. Classicaly, empirical models can be used to estimate this pseudosound. However, the range of applicability of such models depends on the dataset used to calibrate them, which is, in general, turbulent flows over flat plates. Furthermore, none of this models is able to predict the pseudo-noise of separated flows. In this work, we propose to develop a method for evaluating the pseudo-noise generated by both attached and separated boundary layer. First, large-eddy simulations using the lattice Boltzmann method are carried out to assess the capabilities of this type of solver to directly estimate the pseudosound of a turbulent boundary layer. Specific numerical ingredients are used to stabilize and reduce the numerical cost of the simulations. Then, an analytical model and numerical procedure are proposed to compute the wavenumber-frequency spectral density of wall-pressure fluctuations in attached and separated boundary layers. The overall methodology is applied to a turbulent boundary layer over a flat plate and to a flow over a backward-facing step. Results are compared with empirical model and experimental data.