Étude des facteurs d'influence d'un faisceau de cylindres dans un écoulement transverse à bas régime

Phénomènes induisant des vibrations -- Instabilité fluide-élastique -- Méthode des Équations de Sensibilités -- Modélisation analytique du phénomène d'instabilité fluidélastique -- Configuration du faisceau -- Équations de mouvement -- Configuration caractéristique -- Forces induites -- Coefficients de forces -- Résolution des équations de mouvements -- Méthodes d'analyse des modes contraints -- Équations pour le fluide -- Forces résultantes et leurs sensibilités -- Méthodes des éléments finis -- Maillage adaptatif -- Détermination du domaine d'instabilité d'une configuration de cylindre ultra-flexible -- Conception du montage et méthodes expérimentales -- Premiers résultats et comparaisons avec le modèle 2-D -- Modèle analytique/numérique 2.5-D -- Analyse des résultats sur les moments de la position o%D -- Analyse des résultats sur les taux de variation des moments par rapport au positionnement du cylindre -- Analyse des résultats sur les sensibilités du moment par rapport à la vitesse d'entrée -- Équations pour l'écoulement et les sensibilités en régime instationnaire

TURBOGEN: Computer-controlled vertically oscillating grid system for small-scale turbulence studies on plankton

11 pages, 10 figures, 3 tablesIn recent years, there has been a renewed interest in the impact of turbulence on aquatic organisms. In response to this interest, a novel instrument has been constructed, TURBOGEN, that generates turbulence in water volumes up to 13 l. TURBOGEN is fully computer controlled, thus, allowing for a high level of reproducibility and for variations of the intensity and characteristics of turbulence during the experiment. The calibration tests, carried out by particle image velocimetry, showed TURBOGEN to be successful in generating isotropic turbulence at the typical relatively low levels of the marine environment. TURBOGEN and its sizing have been devised with the long-term scope of analyzing in detail the molecular responses of plankton to different mixing regimes, which is of great importance in both environmental and biotechnological processesRachel Macmasters is acknowledged for language check. A.A., M.I.F., D.I., M.R.d’A., and R.W. thank the Flagship project RITMARE—The Italian Research for the Sea Programme (Ricerca ITaliana per il MARE) for partial support. A.A. was funded by the European Union under FP7-People—GA No. 600407Peer Reviewe

Large-scale structure detection in Rayleigh-Taylor turbulent mixing layers for the validation of statistical two-structure models.

Cette thèse a pour objectif de détecter les structures turbulentes aux grandes échelles présentes dans une couche de mélange de type Rayleigh-Taylor incompressible à faible nombre d'Atwood. Diverses grandeurs statistiques conditionnées par la présence de ces structures ont été obtenues, et il est désormais possible de les comparer avec les résultats des modèles statistiques turbulents dits bi-structure, tel le modèle 2SFK développé au CEA. Afin de réaliser les simulations numériques directes du mélange turbulent, un code numérique tridimensionnel incompressible à densité variable a été développé. Ce code a été parallélisé dans les trois directions. Plusieurs méthodes de détection de structure ont été conçues et testées. Bien que toutes ces méthodes présentent différents intérêts, seule la plus efficace vis-à-vis de nos critères de détection a été gardée pour faire des simulations à forte résolution (plus d'un milliard de mailles, 1024^3). Un filtrage temporel de la vitesse verticale est utilisé dans cette méthode de détection afin de : 1) corriger les distorsions dues aux points d'arrêt et zones de recirculation dans l'écoulement, 2) minimiser l'effet de la turbulence aux petites échelles et mieux mettre en évidence les grandes échelles, 3) introduire un effet mémoire permettant de prolonger la bimodalité du champ de détection depuis les zones laminaires extérieures jusqu'au centre de la zone de mélange turbulent. Plusieurs simulations numériques directes 1024^3 ont été effectuées. Les résultats viennent conforter ceux obtenus avec le modèle bi-structure 2SFK et justifient une étude plus poussée des grandeurs statistiques en vue de sa validation.This thesis aims at detecting large-scale turbulent structures in incompressible Rayleigh-Taylor mixing layers at low Atwood number. Various statistical quantities conditioned by structure presence have been obtained and it is now possible to compare them with results from two-structure statistical turbulent models such as the 2SFK model developed at CEA. In order to produce direct numerical simulations of the turbulent mixing, a three-dimensional, incompressible, variable-density numerical code was developed. This code is parallelized in the three directions. Several structure detection methods have been designed and tested. Although all these methods are of interest, only the most efficient with respect to our detection criteria has been retained for simulations at high resolution (over a billion cells, 1024^3). A time filtering of vertical velocity is used in this method to: 1) correct distortions due to stagnation points and recirculation zones in the flow, 2) minimize small-scale turbulence effects and better highlight large-scales, 3) introduce a memory effect in order to extend bimodality of the detection field from the external laminar zones up to the centre of the turbulent mixing zone. Several direct numerical simulations at 1024^3 have been achieved. Results support those obtained with two-structure 2SFK model and justify further studies for its validation

Large-scale structure detection in Rayleigh-Taylor turbulent mixing layers for the validation of statistical two-structure models.

Cette thèse a pour objectif de détecter les structures turbulentes aux grandes échelles présentes dans une couche de mélange de type Rayleigh-Taylor incompressible à faible nombre d'Atwood. Diverses grandeurs statistiques conditionnées par la présence de ces structures ont été obtenues, et il est désormais possible de les comparer avec les résultats des modèles statistiques turbulents dits bi-structure, tel le modèle 2SFK développé au CEA. Afin de réaliser les simulations numériques directes du mélange turbulent, un code numérique tridimensionnel incompressible à densité variable a été développé. Ce code a été parallélisé dans les trois directions. Plusieurs méthodes de détection de structure ont été conçues et testées. Bien que toutes ces méthodes présentent différents intérêts, seule la plus efficace vis-à-vis de nos critères de détection a été gardée pour faire des simulations à forte résolution (plus d'un milliard de mailles, 1024^3). Un filtrage temporel de la vitesse verticale est utilisé dans cette méthode de détection afin de : 1) corriger les distorsions dues aux points d'arrêt et zones de recirculation dans l'écoulement, 2) minimiser l'effet de la turbulence aux petites échelles et mieux mettre en évidence les grandes échelles, 3) introduire un effet mémoire permettant de prolonger la bimodalité du champ de détection depuis les zones laminaires extérieures jusqu'au centre de la zone de mélange turbulent. Plusieurs simulations numériques directes 1024^3 ont été effectuées. Les résultats viennent conforter ceux obtenus avec le modèle bi-structure 2SFK et justifient une étude plus poussée des grandeurs statistiques en vue de sa validation.This thesis aims at detecting large-scale turbulent structures in incompressible Rayleigh-Taylor mixing layers at low Atwood number. Various statistical quantities conditioned by structure presence have been obtained and it is now possible to compare them with results from two-structure statistical turbulent models such as the 2SFK model developed at CEA. In order to produce direct numerical simulations of the turbulent mixing, a three-dimensional, incompressible, variable-density numerical code was developed. This code is parallelized in the three directions. Several structure detection methods have been designed and tested. Although all these methods are of interest, only the most efficient with respect to our detection criteria has been retained for simulations at high resolution (over a billion cells, 1024^3). A time filtering of vertical velocity is used in this method to: 1) correct distortions due to stagnation points and recirculation zones in the flow, 2) minimize small-scale turbulence effects and better highlight large-scales, 3) introduce a memory effect in order to extend bimodality of the detection field from the external laminar zones up to the centre of the turbulent mixing zone. Several direct numerical simulations at 1024^3 have been achieved. Results support those obtained with two-structure 2SFK model and justify further studies for its validation

Détection des grandes structures turbulentes dans les couches de mélange de type Rayleigh-Taylor en vue de la validation de modèles statistiques turbulents bi-structure

This thesis aims at detecting large-scale turbulent structures in incompressible Rayleigh-Taylor mixing layers at low Atwood number. Various statistical quantities conditioned by structure presence have been obtained and it is now possible to compare them with results from two-structure statistical turbulent models such as the 2SFK model developed at CEA. In order to produce direct numerical simulations of the turbulent mixing, a three-dimensional, incompressible, variable-density numerical code was developed. This code is parallelized in the three directions. Several structure detection methods have been designed and tested. Although all these methods are of interest, only the most efficient with respect to our detection criteria has been retained for simulations at high resolution (over a billion cells, 1024^3). A time filtering of vertical velocity is used in this method to: 1) correct distortions due to stagnation points and recirculation zones in the flow, 2) minimize small-scale turbulence effects and better highlight large-scales, 3) introduce a memory effect in order to extend bimodality of the detection field from the external laminar zones up to the centre of the turbulent mixing zone. Several direct numerical simulations at 1024^3 have been achieved. Results support those obtained with two-structure 2SFK model and justify further studies for its validation.Cette thèse a pour objectif de détecter les structures turbulentes aux grandes échelles présentes dans une couche de mélange de type Rayleigh-Taylor incompressible à faible nombre d'Atwood. Diverses grandeurs statistiques conditionnées par la présence de ces structures ont été obtenues, et il est désormais possible de les comparer avec les résultats des modèles statistiques turbulents dits bi-structure, tel le modèle 2SFK développé au CEA. Afin de réaliser les simulations numériques directes du mélange turbulent, un code numérique tridimensionnel incompressible à densité variable a été développé. Ce code a été parallélisé dans les trois directions. Plusieurs méthodes de détection de structure ont été conçues et testées. Bien que toutes ces méthodes présentent différents intérêts, seule la plus efficace vis-à-vis de nos critères de détection a été gardée pour faire des simulations à forte résolution (plus d'un milliard de mailles, 1024^3). Un filtrage temporel de la vitesse verticale est utilisé dans cette méthode de détection afin de : 1) corriger les distorsions dues aux points d'arrêt et zones de recirculation dans l'écoulement, 2) minimiser l'effet de la turbulence aux petites échelles et mieux mettre en évidence les grandes échelles, 3) introduire un effet mémoire permettant de prolonger la bimodalité du champ de détection depuis les zones laminaires extérieures jusqu'au centre de la zone de mélange turbulent. Plusieurs simulations numériques directes 1024^3 ont été effectuées. Les résultats viennent conforter ceux obtenus avec le modèle bi-structure 2SFK et justifient une étude plus poussée des grandeurs statistiques en vue de sa validation

On the time scales and structure of Lagrangian intermittency in homogeneous isotropic turbulence

We present a study of Lagrangian intermittency and its characteristic time scales. Using the concepts of flying and diving residence times above and below a given threshold in the magnitude of turbulence quantities, we infer the time spectra of the Lagrangian temporal fluctuations of dissipation, acceleration and enstrophy by means of a direct numerical simulation in homogeneous and isotropic turbulence. We then relate these time scales, first, to the presence of extreme events in turbulence and, second, to the local flow characteristics. Analyses confirm the existence in turbulent quantities of holes mirroring bursts, both of which are at the core of what constitutes Lagrangian intermittency. It is shown that holes are associated with quiescent laminar regions of the flow. Moreover, Lagrangian holes occur over few Kolmogorov time scales while Lagrangian bursts happen over longer periods scaling with the global decorrelation time scale, hence showing that loss of the history of the turbulence quantities along particle trajectories in turbulence is not continuous. Such a characteristic partially explains why current Lagrangian stochastic models fail at reproducing our results. More generally, the Lagrangian dataset of residence times shown here represents another manner for qualifying the accuracy of models. We also deliver a theoretical approximation of mean residence times, which highlights the importance of the correlation between turbulence quantities and their time derivatives in setting temporal statistics. Finally, whether in a hole or a burst, the straining structure along particle trajectories always evolves self-similarly (in a statistical sense) from shearless two-dimensional to shear bi-axial configurations. We speculate that this latter configuration represents the optimum manner to dissipate locally the available energy

Global drivers of eukaryotic plankton biogeography in the sunlit ocean

Eukaryotic plankton are a core component of marine ecosystems with exceptional taxonomic and ecological diversity, yet how their ecology interacts with the environment to drive global distribution patterns is poorly understood. In this work, we use Tara Oceans metabarcoding data, which cover all major ocean basins, combined with a probabilistic model of taxon co-occurrence to compare the biogeography of 70 major groups of eukaryotic plankton. We uncover two main axes of biogeographic variation. First, more-diverse groups display clearer biogeographic patterns. Second, large-bodied consumers are structured by oceanic basins, mostly through the main current systems, whereas small-bodied phototrophs are structured by latitude and follow local environmental conditions. Our study highlights notable differences in biogeographies across plankton groups and investigates their determinants at the global scale.Fil: Sommeria Klein, Guilhem. Centre National de la Recherche Scientifique; Francia. Université PSL. Institut de Biologie de l’École Normale Supérieure; FranciaFil: Watteaux, Romain. Stazione Zoologica Anton Dohrn; ItaliaFil: Ibarbalz, Federico Matias. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera; Argentina. Centre National de la Recherche Scientifique; Francia. Université PSL. Institut de Biologie de l’École Normale Supérieure; FranciaFil: Pierella Karlusich, Juan José. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; Argentina. Centre National de la Recherche Scientifique; Francia. Université PSL. Institut de Biologie de l’École Normale Supérieure; FranciaFil: Iudicone, Daniele. Stazione Zoologica Anton Dohrn; ItaliaFil: Bowler, Chris. Centre National de la Recherche Scientifique; Francia. Université PSL. Institut de Biologie de l’École Normale Supérieure; FranciaFil: Morlon, Hélène. Centre National de la Recherche Scientifique; Francia. Université PSL. Institut de Biologie de l’École Normale Supérieure; Franci

Insights on the drivers of genetic divergence in the European anchovy

Anchovies represent the largest world’s marine fish catches and the current threats on their populations impose a sustainable exploitment based on sound scientific information. In the European anchovy (Engraulis encrasicolus), the existence of several populations has been proposed but a global view is missing. Using a multidisciplinary approach, here we assessed the divergence among different ecotypes and its possible causes. SNPs have revealed two functionally distinct ecotypes overlapping in the Central Mediterranean, with one ecotype confined near the river estuaries. The same SNPs outliers also segregated two distinct populations in the near Atlantic, despite their large spatial distance. In addition, while most studies suggested that adaptation to low salinity is key to divergence, here we show that the offshore ecotype has higher environmental tolerance and an opportunistic feeding behaviour, as assessed by the study of environmental conditions, anchovy diet and trophic levels, and passive egg dispersal. These results provide insights into the anchovy evolutionary history, stressing the importance of behaviour in shaping ecotypes

Genomic evidence for global ocean plankton biogeography shaped by large-scale current systems

International audienceBiogeographical studies have traditionally focused on readily visible organisms, but recent technological advances are enabling analyses of the large-scale distribution of microscopic organisms, whose biogeographical patterns have long been debated1,2. The most prominent global biogeography of marine plankton was derived by Longhurst3 based on parameters principally associated with photosynthetic plankton. Localized studies of selected plankton taxa or specific organismal sizes1,4–7 have mapped community structure and begun to assess the roles of environment and ocean current transport in shaping these patterns2,8. Here we assess global plankton biogeography and its relation to the biological, chemical and physical context of the ocean (the ‘seascape’) by analyzing 24 terabases of metagenomic sequence data and 739 million metabarcodes from the Tara Oceans expedition in light of environmental data and simulated ocean current transport. In addition to significant local heterogeneity, viral, prokaryotic and eukaryotic plankton communities all display near steady-state, large-scale, size-dependent biogeographical patterns. Correlation analyses between plankto transport time and metagenomic or environmental dissimilarity reveal the existence of basin-scale biological and environmental continua emerging within the main current systems. Across oceans, there is a measurable, continuous change within communities and environmental factors up to an average of 1.5 years of travel time. Modulation of plankton communities during transport varies with organismal size, such that the distribution of smaller plankton best matches Longhurst biogeochemical provinces, whereas larger plankton group into larger provinces. Together these findings provide an integrated framework to interpret plankton community organization in its physico-chemical context, paving the way to a better understanding of oceanic ecosystem functioning in a changing global environment