Étude de l'interaction entre un fluide et une structure oscillante : régimes d'écoulement et de forces, du cylindre isolé au réseau de cylindres

Cette these porte sur l'etude numerique et physique de la dynamique d'un fluide reel incompressible initialement au repos, mis en mouvement par les oscillations rectilignes transversales forcees d'un cylindre. Ce systeme est decrit par deux nombres adimensionnels. Le nombre de Reynolds (Re) compare les forces d'inertie aux forces de viscosite, et le nombre de Keulegan-Carpenter (KC) mesure l'amplitude des oscillations du cylindre par rapport a son diametre. L'objectif est de determiner l'influence de ces deux parametres sur les forces de trainee et de portance exercees par le fluide sur la structure, en lien avec la dynamique de l'ecoulement. Les equations de Navier-Stokes sont resolues numeriquement par une methode d'elements finis. Les resultats de ces calculs pour l'ecoulement et les forces permettent d'abord d'identifier differents modes de comportement du systeme sur un cycle d'oscillation du cylindre. Les proprietes de symetrie de l'ecoulement et les trajectoires des tourbillons sont correlees aux signaux temporels des forces. Puis l'analyse de la reponse du systeme sur des temps longs devant la periode d'oscillation du cylindre met en evidence des domaines de stabilite des modes dans le plan (KC, Re). Dans certains regimes, les forces presentent des fluctuations d'amplitude. Elles sont interpretees notamment a l'aide des spectres des forces et des instabilites observees dans l'ecoulement. Enfin, le passage du probleme d'un seul cylindre a un reseau carre de 25 cylindres est etudie. Une approche energetique est proposee pour caracteriser l'influence de KC et Re sur le comportement global du systeme, dans le cas du cylindre isole et celui du reseau.