Numerical Modeling of Fluid-Structure Interaction in Bio-Inspired Propulsion. (Modélisation numérique des problèmes d'interaction fluide-structure appliqué à la propulsion bio-inspiré)

Les animaux volants et flottants ont developpe des facons efficaces de produire l'ecoulement de fluide qui genere les forces desirees pour leur locomotion. Cette these est placee dans ce contexte interdisciplinaire et utilise des simulations numeriques pour etudier ces problemes d'interaction fluides-structure, et les applique au vol des insectes et a la nage des poissons. Basee sur les travaux existants sur les obstacles mobiles rigides, une methode numerique a ete developpee, permettant egalement la simulation des obstacles deformables et fournissant une polyvalence et precision accrues dans le cas des obstacles rigides. Nous appliquons cette methode d'abord aux insectes avec des ailes rigides, ou le corps et d'autres details, tels que les pattes et les antennes, peuvent etre inclus. Apres la presentation de tests de validation detaillee, nous procedons a l'etude d'un modele de bourdon dans un ecoulement turbulent pleinement developpe. Nos simulations montrent que les perturbations turbulentes affectent les insectes volants d'une maniere differente de celle des avions aux ailes fixees et concues par l'humain. Dans le cas de ces derniers, des perturbations en amont peuvent declencher des transitions dans la couche limite, tandis que les premiers ne presentent pas de changements systematiques dans les forces aerodynamiques. Nous concluons que les insectes se trouvent plutot confrontes a des problemes de controle dans un environnement turbulent qu'a une deterioration de la production de force. Lors de l‘etape suivante, nous concevons un modele solide, base sur une equation de barre monodimensionnelle, et nous passons a la simulation des systemes couples fluide–structure.