DAta science, TrAnsition, Fluid instabiLity, contrOl, Turbulence (DATAFLOT)

Sergio Chibbaro, Didier Lucor, Lionel Mathelin, Onofrio Semeraro

Le contrôle des écoulements reste un des moyens pour maîtriser l’efficacité énergétique des systèmes et concevoir des systèmes énergétiques plus performants. Notre activité autour du contrôle des
écoulements est une activité particulièrement forte et visible du laboratoire. Elle est notamment soutenue par le Lidex ICODE (Université Paris-Saclay) relatif à « l’aide à la décision et la maîtrise des processus
dynamiques complexes ». Une partie de ces activités s’est concentrée sur le contrôle des instationnarités. L’autre partie s’intéresse aux techniques de contrôle non-linéaire en boucle fermée basées sur des
méthodes sans modèle ou du contrôle par renforcement.

En parallèle de ces activités, nous développons notre savoir-faire en matière de traitement des données issues des simulations numériques et des expériences en mécanique des fluides et des transferts. Ces développements sont, d’une part, utiles pour accroître notre compréhension des phénomènes physiques (décomposition modale, échantillonnage creux d’opérateur de dimension infinie) et, d’autre part, nécessaires pour le développement de représentations ou de modélisations de plus en plus fiables (inférence, assimilation, représentation creuse), notamment pour l’application au contrôle (Machine
Learning, en particulier). Nous travaillons également sur le développement de techniques de Quantification d’Incertitudes (UQ) qui viennent utilement compléter le paysage des techniques pour analyser la sensibilité
paramétrique, notamment pour traiter les problèmes d’inférence et d’identification de modèles complexes.
Au-delà des développements méthodologiques, la dissémination des techniques UQ devra s’intensifier vers plus d’applications (Bio-medical Engineering, Géosciences, Aérodynamique, …).
Nos efforts porteront plus spécifiquement sur :

• l’analyse des données pour l’estimation et l’assimilation en mécanique des fluides :
  • apprentissage de dictionnaire, apprentissage de variété ;
  • échantillonnage creux d’opérateur de dimension infinie (Koopman), approximation
    tensorielle par train de fonction ;
  • projection aléatoire pour la réduction de modèles ;
  • assimilation de données et optimisation ;
• La quantification d’incertitudes (UQ) :
  • développements méthodologiques efficaces ;
  • transfert vers les applications ;
• le contrôle des écoulements :
  • contrôle par renforcement ;
  • contrôle sans modèle, par apprentissage automatique ;
  • mise en place de démonstrateurs expérimentaux.

Yohann Duguet, Francois Lusseyran, Laurent Martin-Witkowski, Stéphanie Pellerin

Les écoulements fluides peuvent être classés en plusieurs régimes tels que laminaire, transitionnel ou turbulent, correspondant à d’importantes différences d’un point de vue énergétique. Les processus dynamiques qui permettent de passer d’un régime à l’autre, ou de stabiliser un des régimes, sont aujourd’hui encore mal compris. L’instabilité d’un écoulement laminaire donné vis-à-vis de perturbations arbitraires, d’amplitude soit infinitésimale soit finie, donne lieu à des développements mathématiques et numériques intéressants et variés selon le type d’écoulement considéré. Des transitions, souvent hystérétiques, entre différents régimes existent également au sein d’écoulements turbulents. Un effort original est mis sur l’analyse des symétries spatiales et de leur brisure par des mécanismes d’instabilité. Ceux-ci sont décrits qualitativement et quantifiés par l’utilisation d’algorithmes numériques novateurs et efficaces, dans le cadre de simulations instationnaires tridimensionnelles nécessitant des ressources importantes et des méthodes spécifiques aux données volumineuses. Une cellule  expérimentale permet également la visualisation et la quantification de ces mêmes écoulements en complémentarité directe avec les études numériques.  Enfin, la compréhension fine et la modélisation des mécanismes hydrodynamiques à l’oeuvre mène naturellement à des méthodes expérimentales et/ou numériques de contrôle permettant d’orienter le système vers le régime désiré. 

Les configurations étudiées dans cette équipe sont académiques mais inspirées de situations industrielles reliées entre autres au domaine de l’aérodynamique terrestre (trainées de véhicules, cavités géométriques) et de l’aéronautique (couches limites). L’accent est mis sur des collaborations avec d’autres équipes locales, nationales et internationales, et sur la formation des étudiants. Les sujets d’étude de l’équipe comprennent de manière non exhaustive : 

• l’étude expérimentale et numérique des effets de pollution ambiante sur la stabilité des écoulement tournants avec surface libre rigide ou déformable
• la simulation numérique, la modélisation et le contrôle des brisures de symétrie d’un sillage turbulent
• la compréhension des mécanismes de transition sous-critique à la turbulence dans les écoulements cisaillés de paroi, d’un point de vue non-linéaire (description de l’espace des phases correspondant) comme spatio-temporel (analyse de l’intermittence)
• l’étude expérimentale et numérique ainsi que le contrôle en boucle fermée des écoulements cisaillés ouverts.