Cette thèse est consacrée à l'analyse mathématique et numérique d'un problème d'interaction fluide-structure stationnaire, couplant un fluide newtonien, visqueux et incompressible, modélisé par les équations de Stokes 2D et une structure déformable, décrite par les équations d'une poutre 1D. Le fluide et la structure sont couplés via une condition aux limites de type frottement à l'interface.Dans l'étude théorique, nous montrons un résultat d'existence et unicité de solutions faibles, dans le cadre de petits déplacements, du problème de couplage fluide structure avec une condition de glissement de type Tresca en utilisant le théorème de point fixe de Schauder.Dans l'analyse numérique, nous étudions d'abord, l'approximation du problème de Stokes avec la condition de Tresca par une méthode d'éléments finis mixtes à quatre champs. Nous montrons ensuite une estimation d'erreur a priori optimale pour des données régulières et nous réalisons des tests numériques. Enfin, nous présentons un algorithme de point fixe pour la simulation numérique du problème couplé avec des conditions aux limites non linéaires.

La série Fiabilité des systèmes multiphysiques s’intéresse aux avancées de la recherche et de l’industrie appliquées aux domaines de l’optimisation, de la fiabilité et de la prise en compte des incertitudes des systèmes. Ce couplage est à la base de la compétitivité des entreprises dans les secteurs de l’automobile, de l’aéronautique, du génie civil ou de la défense. L’« interaction fluide-structure » regroupe l'étude de tous les phénomènes présentant le couplage du mouvement d'une structure avec celui d'un fluide. La gamme des phénomènes étudiés est très étendue, allant de l'étude de cylindres ou structures vibrants dans des écoulements à des phénomènes de surface libre dans des réservoirs. Cet ouvrage présente les différents aspects de l’interaction fluidestructure (vibroacoustique et aérodynamique) ainsi que les différentes méthodes utilisées afin de réaliser des simulations numériques. S’appuyant sur deux logiciels, Ansys pour le calcul des structures et Fluent pour le calcul des fluides, il traite de la réduction du modèle couplé fluide-structure et de ses incertitudes, ainsi que de l’aspect optimisation couplée à la fiabilité (RBDO). Accompagné d’exemples détaillés, Interactions fluide-structure et incertitudes présente les outils récents de conception les plus performants. Il s’adresse aux étudiants et élèves ingénieurs et constitue un support précieux pour les ingénieurs en activité et les enseignantschercheurs.

CETTE ETUDE A POUR OBJET D'ANALYSER, DE MODELISER ET DE SIMULER DIFFERENTS PROBLEMES D'INTERACTION FLUIDE-STRUCTURE. LES DEPLACEMENTS DE LA STRUCTURE NE SONT PAS NEGLIGEABLES ET INDUISENT UNE REELLE DEFORMATION DU DOMAINE FLUIDE. LE FLUIDE EST SUPPOSE INCOMPRESSIBLE ET NEWTONIEN ; IL EST REPRESENTE DANS UNE CONFIGURATION D'EULER PAR LES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES. LA STRUCTURE EST SUPPOSEE ELASTIQUE, HOMOGENE ET ISOTROPE ; ELLE EST DECRITE DANS UNE CONFIGURATION DE LAGRANGE, PAR LES EQUATIONS DE L'ELASTICITE LINEARISEE. UNE METHODE ALE (ARBITRARY LAGRANGIAN EULERIAN METHOD) PERMET DE RESOUDRE LES EQUATIONS DU PROBLEME FLUIDE DANS UN DOMAINE MOBILE S'ADAPTANT AUX DEFORMATIONS DE LA STRUCTURE. DES CONDITIONS LIMITES A L'INTERFACE TRADUISENT L'INTERACTION : IL Y A EGALITE DES VITESSES ET EGALITE DES CONTRAINTES NORMALES. SUR UN MODELE SIMPLIFIE D'INTERACTION ENTRE UN FLUIDE ET UNE STRUCTURE MONODIMENSIONNELS, L'ANALYSE NUMERIQUE EN TERMES DE STABILITE, CONSISTENCE ET CONVERGENCE EST PRESENTEE POUR UN TRAITEMENT IMPLICITE DES CONDITIONS LIMITES A L'INTERFACE. LA STABILITE DE DEUX ALGORITHMES EXPLICITES EST ETUDIEE POUR CE MODELE EN VUE D'ABORDER LA SIMULATION DES PROBLEMES 2D OU 3D. EN EFFET, AFIN DE COUPLER DEUX CODES NUMERIQUES EXISTANTS SANS AVOIR DE TRANSFORMATION FONDAMENTALE A EFFECTUER, L'UTILISATION D'ALGORITHMES DECALES EST PRECONISEE ET DONNE DES RESULTATS SATISFAISANTS SUR DES MODELES D'INTERACTION 2D-FLUIDE/1D-STRUCTURE ET 3D-FLUIDE/2D-STRUCTURE. L'AVANTAGE DE TELS ALGORITHMES EST DE POUVOIR FACILEMENT MODIFIER LES CODES FLUIDE OU STRUCTURE AFIN D'ENVISAGER DES LOIS DE COMPORTEMENT DIFFERENTES EN FLUIDE OU EN STRUCTURE.

This book is dedicated to the general study of fluid structure interaction with consideration of uncertainties. The fluid-structure interaction is the study of the behavior of a solid in contact with a fluid, the response can be strongly affected by the action of the fluid. These phenomena are common and are sometimes the cause of the operation of certain systems, or otherwise manifest malfunction. The vibrations affect the integrity of structures and must be predicted to prevent accelerated wear of the system by material fatigue or even its destruction when the vibrations exceed a certain threshold.

Ce travail de thèse est consacré à l'étude asymptotique d'écoulements de faible épaisseur et à la modélisation des conditions aux limites à imposer à l'interface fluide-solide dans différentes situations. Le chapitre 1 est consacré à l'étude asymptotique d'un écoulement de faible épaisseur constitué d'une couche poreuse mince adjacente à un milieu fluide mince. Dans le chapitre 2, on s'intéresse à l'étude d'un écoulement de faible épaisseur quand une des surfaces est rugeuse. Dans le chapitre 3, on étudie un écoulement d'un fluide non newtonien de type micropolaire avec de nouvelles conditions à l'interface

Le transport de micro-organismes et de fluides biologiques au moyen de cils et flagelles est un phénomène universel que l'on retrouve chez presque tous les êtres vivants. Le but de cette thèse est la modélisation, l'analyse mathématique et la simulation numérique de problèmes d'interaction fluide-structure qui font intervenir des structures actives, capables de se déformer d'elles-mêmes grâce à des contraintes internes, et un fluide à faible nombre de Reynolds, modélisé par les équations de Stokes. Le Chapitre 2 traite de la modélisation de ces structures actives en considérant la loi de Saint Venant-Kirchhoff dans les équations de l'élasticité et en ajoutant un terme d'activité au second tenseur de contraintes de Piola-Kirchhoff. Les équations fluide et structures sont couplées à l'interface fluide-structure et l'étude mathématique d'un problème linéarisé et discrétisé en temps est ensuite réalisée. Une reformulation sous forme d'un problème point-selle est proposée et utilisée pour la simulation numérique du problème. Le Chapitre 3 s'intéresse à l'analyse du problème d'interaction fluide-structure quasi-statique avec une structure active, pour lequel nous montrons l'existence et l'unicité, pour des données petites, d'une solution forte localement en temps. Le Chapitre 4 présente une nouvelle méthode de type domaine fictif (la méthode de prolongement régulier ) pour la résolution numérique de problèmes de transmission. La méthode est d'abord développée pour un problème de transmission de Laplace, puis étendue aux problèmes de transmission de Stokes et d'interaction fluide-structure.