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Hydrodynamique des particules lissées

L'hydrodynamique des particules lissées, en anglais Smoothed particle hydrodynamics (SPH), est une méthode de calcul utilisée pour simuler la mécanique des milieux continus, comme la mécanique des solides ou les écoulements de fluides. Elle a été développée par Gingold, Monaghan et Lucy en 1977, initialement pour des problèmes d'astrophysique. Elle a été utilisée dans de nombreux domaines de recherche, incluant l'astrophysique, la balistique, la volcanologie et océanologie. Il s'agit d'une méthode lagrangienne (où les coordonnées se déplacent avec le fluide) sans maillage, et la résolution peut facilement être ajustée en fonction de variables physiques telles que la densité. Méthodologie Avantages

Par construction, la SPH est une méthode sans maillage, ce qui la rend adaptée aux simulation de problèmes caractérisés par une dynamique de frontière complexe, comme les écoulements de surface libre ou les grands déplacements de frontière.
L'absence de maillage s

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Par construction, la SPH est une méthode sans maillage, ce qui la rend adaptée aux simulation de problèmes caractérisés par une dynamique de frontière complexe, comme les écoulements de surface libre ou les grands déplacements de frontière.
L'absence de maillage s

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Ce cours présente une introduction aux méthodes d'approximation utilisées pour la simulation numérique en mécanique des fluides. Les concepts fondamentaux sont présentés dans le cadre de la méthode des différences finies puis étendus à celles des éléments finis et spectraux.

This course provides an introduction to particle-based methods for the numerical resolution of partial differential equations describing continuum phenomena or for the simulation of particulate flows. Details are given for the Material Point Method (MPM) and the Discrete Element Method (DEM).

This course provides practical experience in the numerical simulation of fluid flows. Numerical methods are presented in the framework of the finite volume method. A simple solver is developed with Matlab, and a commercial software is used for more complex problems.

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A Bayesian data assimilation framework for lake 3D hydrodynamic models with a physics-preserving particle filtering method using SPUX-MITgcm v1

Damien Bouffard, Camille Roland Marie Minaudo, Firat Ozdemir, Cintia Luz Ramon Casanas

We present a Bayesian inference for a three-dimensional hydrodynamic model of Lake Geneva with stochastic weather forcing and high-frequency observational datasets. This is achieved by coupling a Bayesian inference package, SPUX, with a hydrodynamics package, MITgcm, into a single framework, SPUX-MITgcm. To mitigate uncertainty in the atmospheric forcing, we use a smoothed particle Markov chain Monte Carlo method, where the intermediate model state posteriors are resampled in accordance with their respective observational likelihoods. To improve the uncertainty quantification in the particle filter, we develop a bi-directional long short-term memory (BiLSTM) neural network to estimate lake skin temperature from a history of hydrodynamic bulk temperature predictions and atmospheric data. This study analyzes the benefit and costs of such a state-of-the-art computationally expensive calibration and assimilation method for lakes.

COPERNICUS GESELLSCHAFT MBH2022

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Maximisation numérique et mesures acoustiques des précipitations

Knowledge of extreme precipitation phenomena is of crucial importance to the safety of civil engineering works and for electricity production management in a country of lakes and mountains like Switzerland. In order to study the distribution in space and the evolution of strong rain episodes, the work presented here relies on the complementary approaches of field observation and numerical simulation. The experimental portion of this project relies on a novel, acousticbased, rain metrology instrument. Based on the results, a methodology for the determination of raindrop size distribution (disdrometer facility) and rainfall rate (rain gauge facility) has been developed and is described in the present dissertation. In addition, numerical modelling and simulation methods were developed with the aim of calculating — for a given watershed topography — the Probable Maximum Precipitation (PMP). The method relies on the separation of the different phenomenological contributions and on the climatic characterization of atmospheric situations leading to extreme rain events. Boundary and initial conditions are represented by theoretical profiles of the wind speed, wind direction, temperature, and water contents, turbulent energy and dissipation rate variables. The numerical model calculates the consequent wind and rain fields within the simulation domain for the desired atmospheric situation. The hydrodynamic code (CFX4) is based on the finite volume approach and is particularly adapted to complex geometries, allowing an excellent representation of the topography. The code is partially open and several specific atmospheric models were implemented. Microphysics schemes considered are Kessler's warm classic scheme (1969) and the Caniaux detailed scheme (1993). The latter includes solid ice particles, aggregates and graupel and allows the simulation of convective as well as orographic cloud system precipitation cycles. Sensitivity studies of the results with respect to the dominant parameters of each situation, lead to a maximisation procedure successfully applied to convective as well as frontal precipitation. The work shows that the maximisation method consisting of maximising severe events into critical events can be more effective than using statistical approaches. Use of this method compensates for the relative lack of measurement facilities in many regions.

EPFL2004

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Biology provides many examples of where body adaption can be used to achieve a change in functionality. The feather star, an underwater crinoid which uses feather arms to locomote and feed, is one such system; it releases its arms to distract prey and vary the maneuverability to help escape prey. Using this crinoid as inspiration, we develop a robotic system that can alter the interaction with the environment by changing its morphology. We propose a robot that can actuate layers of flexible feathers and detach them at will. We first optimize the geometric and control parameters for a flexible feather using a hydrodynamic simulation followed by physical experiments. Secondly, we provide a theoretical framework for understanding how body change affects the controllability. Thirdly we present a novel design of a soft swimming robot with the ability of changing its morphology. Using this optimized feather and theoretical framework, we demonstrate on a robotic setup how the detachment of feathers can be used to change the motion path whilst maintaining the same low level controller.

2022

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Mécanique des fluides numérique

La mécanique des fluides numérique (MFN), plus souvent désignée par le terme anglais computational fluid dynamics (CFD), consiste à étudier les mouvements d'un fluide, ou leurs effets, par la résolu

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