Sound generation by vortex-blade interactions

Abstract not available

Diagnostic des systèmes de drainage basé sur l'imagerie du géoradar en culture de canneberges

Une méthode optimale pour identifier les zones problématiques de drainage dans les champs de canneberges est d’un intérêt pratique pour les producteurs. Elle peut aider au développement de stratégies visant à améliorer le rendement des cultures. L’objectif de cette étude était de développer une méthodologie non intrusive de diagnostic d’un système de drainage en utilisant l’imagerie du géoradar ou Ground Penetrating Radar (GPR) ayant pour finalité de localiser les zones restrictives au drainage et de lier les scans du GPR à des propriétés du sol. Un système GPR muni d’une antenne monostatique a été utilisé pour acquérir des données dans deux champs de canneberges : un construit sur sol organique et l’autre sur sol minéral. La visualisation en trois dimensions de la stratification du champ a été possible après l’interpolation et l’analyse des faciès. La variabilité spatiale du rendement des cultures et la conductivité hydraulique saturée du sol ont été comparées aux données GPR par deux méthodes : calcul du pourcentage de différence et estimation de l’entropie. La visualisation des données couplée à leur analyse a permis de mettre en évidence la géométrie souterraine et des discontinuités importantes des champs. Les résultats montrent qu’il y a bonne corrélation entre les zones où la couche restrictive est plus superficielle et celle de faible rendement. Le niveau de similarité entre la conductivité hydraulique saturée et la profondeur de la couche restrictive confirme la présence de cette dernière. L’étape suivante a été la reconstruction de l’onde électromagnétique et son ajustement par modélisation inverse. Des informations quantitatives ont été extraites des scans : la permittivité diélectrique, la conductivité électrique et l’épaisseur des strates souterraines. Les permittivités diélectriques modélisées sont concordantes avec celles mesurées in-situ et celles de la littérature. Enfin, en permettant la caractérisation des discontinuités du sous-sol, les zones les plus pertinentes pour l’amélioration du drainage et d’irrigation ont été localisées, afin de maximiser le rendement.

Caractérisation de minéraux indicateurs par imagerie hyperspectrale et traitement de l'image dans l'infrarouge proche et l'infrarouge lointain

L’imagerie hyperspectrale (HSI) fournit de l’information spatiale et spectrale concernant l’émissivité de la surface des matériaux, ce qui peut être utilisée pour l’identification des minéraux. Pour cela, un matériel de référence ou endmember, qui en minéralogie est la forme la plus pure d’un minéral, est nécessaire. L’objectif principal de ce projet est l’identification des minéraux par imagerie hyperspectrale. Les informations de l’imagerie hyperspectrale ont été enregistrées à partir de l’énergie réfléchie de la surface du minéral. L’énergie solaire est la source d’énergie dans l’imagerie hyperspectrale de télédétection, alors qu’un élément chauffant est la source d’énergie utilisée dans les expériences de laboratoire. Dans la première étape de ce travail, les signatures spectrales des minéraux purs sont obtenues avec la caméra hyperspectrale, qui mesure le rayonnement réfléchi par la surface des minéraux. Dans ce projet, deux séries d’expériences ont été menées dans différentes plages de longueurs d’onde (0,4 à 1 µm et 7,7 à 11,8 µm). Dans la deuxième partie de ce projet, les signatures spectrales obtenues des échantillons individuels sont comparées avec des signatures spectrales de la bibliothèque hyperspectrale de l’ASTER. Dans la troisième partie, trois méthodes différentes de classification hyperspectrale sont considérées pour la classification. Spectral Angle Mapper (SAM), Spectral Information Divergence (SID), et Intercorrélation normalisée (NCC). Enfin, un système d’apprentissage automatique, Extreme Learning Machine (ELM), est utilisé pour identifier les minéraux. Deux types d’échantillons ont été utilisés dans ce projet. Le système d’ELM est divisé en deux parties, la phase d’entraînement et la phase de test du système. Dans la phase d’entraînement, la signature d’un seul échantillon minéral est entrée dans le système, et dans la phase du test, les signatures spectrales des différents minéraux, qui sont entrées dans la phase d’entraînement, sont comparées par rapport à des échantillons de minéraux mixtes afin de les identifier.

A novel vortex flow reactor for the purification of B-phycoerythrin from Porphyridium cruentum

The purification of B-phycoerythrin from a concentrated extract of disrupted Porphyridium cruentum cells was carried out using a new vortex flow reactor design for protein purification. The reactor behaved as an expanded bed in the laminar vortices flow regime where the Streamline DEAE resin was expanded by the axial flow and stabilized by the vortex flow. After the broth culture was centrifuged and resuspended in the adsorption buffer, the concentrated extract of disrupted cells was directly loaded into the vortex flow reactor. The purification of B-phycoerythrin was carried out in two steps: adsorption in the expanded bed and elution from the settled bed. 142.0 mg of B-phycoerythrin was eluted representing a total recovery yield of 86.6%. Prior to B-phycoerythrin purification, the protein adsorption of the vortex flow reactor was characterized through hydrodynamic studies and a dynamic capacity measurement using a standard protein.

Large eddy simulation of shock boundary layer interaction control using micro-vortex generators

The performance of supersonic engine inlets and external aerodynamic surfaces can be critically affected by shock wave / boundary layer interactions (SBLIs), whose severe adverse pressure gradients can cause boundary layer separation. Currently such problems are avoided primarily through the use of boundary layer bleed/suction which can be a source of significant performance degradation. This study investigates a novel type of flow control device called micro-vortex generators (µVGs) which may offer similar control benefits without the bleed penalties. µVGs have the ability to alter the near-wall structure of compressible turbulent boundary layers to provide increased mixing of high speed fluid which improves the boundary layer health when subjected to flow disturbance. Due to their small size,µVGs are embedded in the boundary layer which provide reduced drag compared to the traditional vortex generators while they are cost-effective, physically robust and do not require a power source. To examine the potential of µVGs, a detailed experimental and computational study of micro-ramps in a supersonic boundary layer at Mach 3 subjected to an oblique shock was undertaken. The experiments employed a flat plate boundary layer with an impinging oblique shock with downstream total pressure measurements. The moderate Reynolds number of 3,800 based on displacement thickness allowed the computations to use Large Eddy Simulations without the subgrid stress model (LES-nSGS). The LES predictions indicated that the shock changes the structure of the turbulent eddies and the primary vortices generated from the micro-ramp. Furthermore, they generally reproduced the experimentally obtained mean velocity profiles, unlike similarly-resolved RANS computations. The experiments and the LES results indicate that the micro-ramps, whose height is h≈0.5δ, can significantly reduce boundary layer thickness and improve downstream boundary layer health as measured by the incompressible shape factor, H. Regions directly behind the ramp centerline tended to have increased boundary layer thickness indicating the significant three-dimensionality of the flow field. Compared to baseline sizes, smaller micro-ramps yielded improved total pressure recovery. Moving the smaller ramps closer to the shock interaction also reduced the displacement thickness and the separated area. This effect is attributed to decreased wave drag and the closer proximity of the vortex pairs to the wall. In the second part of the study, various types of µVGs are investigated including micro-ramps and micro-vanes. The results showed that vortices generated from µVGs can partially eliminate shock induced flow separation and can continue to entrain high momentum flux for boundary layer recovery downstream. The micro-ramps resulted in thinner downstream displacement thickness in comparison to the micro-vanes. However, the strength of the streamwise vorticity for the micro-ramps decayed faster due to dissipation especially after the shock interaction. In addition, the close spanwise distance between each vortex for the ramp geometry causes the vortex cores to move upwards from the wall due to induced upwash effects. Micro-vanes, on the other hand, yielded an increased spanwise spacing of the streamwise vortices at the point of formation. This resulted in streamwise vortices staying closer to the wall with less circulation decay, and the reduction in overall flow separation is attributed to these effects. Two hybrid concepts, named “thick-vane” and “split-ramp”, were also studied where the former is a vane with side supports and the latter has a uniform spacing along the centerline of the baseline ramp. These geometries behaved similar to the micro-vanes in terms of the streamwise vorticity and the ability to reduce flow separation, but are more physically robust than the thin vanes. Next, Mach number effect on flow past the micro-ramps (h~0.5δ) are examined in a supersonic boundary layer at M=1.4, 2.2 and 3.0, but with no shock waves present. The LES results indicate that micro-ramps have a greater impact at lower Mach number near the device but its influence decays faster than that for the higher Mach number cases. This may be due to the additional dissipation caused by the primary vortices with smaller effective diameter at the lower Mach number such that their coherency is easily lost causing the streamwise vorticity and the turbulent kinetic energy to decay quickly. The normal distance between the vortex core and the wall had similar growth indicating weak correlation with the Mach number; however, the spanwise distance between the two counter-rotating cores further increases with lower Mach number. Finally, various µVGs which include micro-ramp, split-ramp and a new hybrid concept “ramped-vane” are investigated under normal shock conditions at Mach number of 1.3. In particular, the ramped-vane was studied extensively by varying its size, interior spacing of the device and streamwise position respect to the shock. The ramped-vane provided increased vorticity compared to the micro-ramp and the split-ramp. This significantly reduced the separation length downstream of the device centerline where a larger ramped-vane with increased trailing edge gap yielded a fully attached flow at the centerline of separation region. The results from coarse-resolution LES studies show that the larger ramped-vane provided the most reductions in the turbulent kinetic energy and pressure fluctuation compared to other devices downstream of the shock. Additional benefits include negligible drag while the reductions in displacement thickness and shape factor were seen compared to other devices. Increased wall shear stress and pressure recovery were found with the larger ramped-vane in the baseline resolution LES studies which also gave decreased amplitudes of the pressure fluctuations downstream of the shock.

Implantation d'imagerie temps réel par ondes guidées pour écran tactile

Les techniques d'imagerie développées pour la surveillance embarquée des structures ont maintenant des applications dans d'autres domaines. Par exemple, le domaine de l'écran tactile est en pleine expansion et de nouvelles technologies commencent à apparaître pour des applications spécifiques. Au niveau médical, des surfaces tactiles pouvant fournir des données sur la répartition du poids et la posture seraient une avancée pour le diagnostique des patients et la recherche. L'écran tactile est une technologie utilisée dans un nombre croissant d'appareils. Les écrans tactiles capacitifs et résistifs dominent le marché, mais ils sont connus pour être difficiles à fabriquer, facilement cassables et coûteux pour les grandes dimensions. Par conséquent, de nouvelles technologies sont encore explorées pour les écrans tactiles de grandes tailles et robustes. Les technologies candidates comprennent des approches basées sur les ondes. Parmi eux, des ondes guidées sont de plus en plus utilisés dans la surveillance des structures (SHM) pour de nombreuses applications liées à la caractérisation des propriétés des matériaux. Les techniques d'imagerie utilisées en SHM telles que Embedded Ultrasonic Structural Radar (EUSR) et Excitelet sont fiables, mais elles ont souvent besoin d'être couplées avec du traitement d'image pour donner de bons résultats. Dans le domaine du NDT (essais non destructifs), les ondes guidées permettent d'analyser les structures sans les détériorer. Dans ces applications, les algorithmes d'imagerie doivent pouvoir fonctionner en temps réel. Pour l'écran tactile, une technique d'imagerie de la pression en temps réel doit être développée afin d'être efficace et performante. Il faut obtenir la position et l'amplitude de la pression appliquée en un ou plusieurs points sur une surface. C'est ici que les algorithmes et l'expertise par rapport aux ondes guidées seront mises de l'avant tout pensant à l'optimisation des calculs afin d'obtenir une image en temps réel. Pour la méthodologie, différents algorithmes d'imagerie sont utilisés pour obtenir des images de déformation d'un matériau et leurs performances sont comparées en termes de temps de calcul et de précision. Ensuite, plusieurs techniques de traitement d'images ont été implantées pour comparer le temps de calcul en regard de la précision dans les images. Pour l'écran tactile, un prototype est conçu avec un programme optimisé et les algorithmes offrant les meilleures performances pour un temps de calcul réduit. Pour la sélection des composantes électroniques, ce sont la vitesse d'exécution et la définition d'image voulues qui permettent d'établir le nombre d'opérations par seconde nécessaire.

Imagerie Musicale Involontaire : caractéristiques phénoménologiques et mnésiques

L’imagerie musicale involontaire (IMIN) est un phénomène mental extrêmement commun. Il peut être défini en tant que type d’imagerie mentale musicale qui devient consciente sans effort ou intentionnalité et qui n’est pas pathologique. La forme la plus connue d’IMIN est le « ver d’oreille », qui se présente généralement comme un court extrait musical tournant en boucle en tête et dont on se débarrasse difficilement. L’objectif principal de la présente thèse est d’investiguer les mécanismes cognitifs sous-tendant le phénomène puisque, malgré l’intérêt répandu dans les médias populaires, son étude expérimentale est récente et un modèle intégré n’a pas encore été proposé. Dans la première étude, l’induction expérimentale a été tentée et les caractéristiques des images mentales d’épisodes d’IMIN ont été investiguées. Dans le laboratoire, des chansons accrocheuses (versus des proverbes) ont été présentées répétitivement aux participants qui devaient ensuite les chanter le plus fidèlement possible. Ils ont par après quitté le laboratoire, une enregistreuse numérique en mains, avec la consigne d’enregistrer une reproduction vocale la plus fidèle possible de ce qu’ils avaient en tête lors de tous leurs épisodes d’IMIN sur une période de quatre jours, ainsi que de décrire leur timbre. L’expérience a été répétée deux semaines plus tard. Douze des dix-huit participants du groupe expérimental ont rapporté des pièces induites comme épisodes d’IMIN, ce qui confirme l’efficacité de la procédure d’induction. La tonalité et le tempo des productions ont ensuite été analysés et comparés à ceux des pièces originales. Similairement pour les épisodes d’IMIN induits et les autres, les tempi produits et, dans une moindre mesure pour les non-musiciens, les tonalités étaient proches des originaux. Le timbre décrit était généralement une version simplifiée de l’original (un instrument et/ou une voix). Trois études se sont ensuite intéressées au lien entre le potentiel d’IMIN et la mémorabilité. Dans une étude préliminaire, 150 chansons du palmarès francophone radiophonique ont été évaluées en ligne par 164 participants, sur leur niveau de familiarité, d’appréciation et de potentiel d’IMIN. Les pièces ont ensuite été divisées en groupes de stimuli à faible et à fort potentiel d’IMIN, qui ont été utilisés dans une tâche typique de rappel libre/reconnaissance, premièrement avec des francophones (pour qui les pièces étaient familières) et ensuite avec des non-francophones (pour qui les pièces étaient non-familières). Globalement, les pièces à fort potentiel d’IMIN étaient mieux rappelées et reconnues que les pièces à faible potentiel. Une dernière étude a investigué l’impact de la variabilité inter-stimulus du timbre sur les résultats précédents, en demandant à une chanteuse d’enregistrer les lignes vocales des pièces et en répétant l’expérience avec ces nouveaux stimuli. La différence précédemment observée entre les stimuli à fort et à faible potentiel d’IMIN dans la tâche de reconnaissance a ainsi disparu, ce qui suggère que le timbre est une caractéristique importante pour le potentiel d’IMIN. En guise de conclusion, nous suggérons que les phénomènes mentaux et les mécanismes cognitifs jouant un rôle dans les autres types de souvenirs involontaires peuvent aussi s’appliquer à l’IMIN. Dépendamment du contexte, la récupération mnésique des pièces peut résulter de la répétition en mémoire à court terme, de l’amorçage à court et long terme ou de l’indiçage provenant de stimuli dans l’environnement ou les pensées. Une des plus importantes différences observables entre l’IMIN et les autres souvenirs involontaires est la répétition. Nous proposons que la nature même de la musique, qui est définie par la répétition à un niveau micro- et macro-structurel en est responsable.

Neurophysiologie du langage : apports de la neuro-imagerie et état des connaissances

International audience

Facteurs de risque de développement de troubles intériorisés : études en Imagerie par Résonance Magnétique structurelle

Plusieurs facteurs de risque de développement de troubles intériorisés, tels que les troubles d’anxiété et de l’humeur, ont été identifiés dans la littérature. Les deux plus importants facteurs de risques regroupent l’adversité vécue durant l’enfance (par exemple la maltraitance) et le risque parental (c’est-à-dire la présence d’un trouble intériorisé chez l’un ou les deux parents). Ces facteurs de risque ont été liés à des changements neuroanatomiques similaires à ceux observés en lien avec les troubles intériorisés. Ainsi, en présence de ces facteurs de risque, des anomalies anatomiques pourraient laisser présager l’apparition prochaine d’une symptomatologie de troubles intériorisés chez des individus encore asymptomatiques. Chez les quelques populations de jeunes investiguées, les participants présentaient des comorbidités et/ou étaient sous médication, ce qui rend difficile l’interprétation des atteintes cérébrales observées. Ce travail de thèse s’est intéressé aux liens entre ces deux facteurs de risque et les substrats neuroanatomiques associés à chacun d’eux, chez des adolescents asymptomatiques et n’étant sous aucune médication. Une première étude a examiné le lien entre le niveau de pratiques parentales coercitives et le niveau de symptômes d’anxiété, mesurés de manière longitudinale depuis la naissance, et les différences neuroanatomiques observées à l’adolescence (voir Chapitre 2). Une deuxième étude a examiné le lien entre le risque parental de développer des troubles d’anxiété et les différences neuroanatomiques observées à l’adolescence (voir Chapitre 3). Une troisième étude s’est intéressée au lien entre le risque parental de développer un trouble de dépression ou un trouble bipolaire et les différences neuroanatomiques observées à l’adolescence (voir Chapitre 4). Les résultats démontrent des différences de volume et/ou d’épaisseur corticale dans plusieurs structures clés impliquées dans le traitement et la régulation des émotions. C’est le cas du cortex préfrontal, de l’amygdale, de l’hippocampe et du striatum. Ces résultats suggèrent que certaines des différences neuroanatomiques observées dans les troubles intériorisés peuvent être présentes avant que le trouble ne se manifeste, et représenter des marqueurs neuronaux du risque de développer le trouble. Les implications théoriques et les limites de ces trois études sont finalement discutées dans le Chapitre 5.

Mesh Adaption for Tracking Vortex Structures in OVERTURNS Simulation of the S-76 Rotor in Hover

The constant need to improve helicopter performance requires the optimization of existing and future rotor designs. A crucial indicator of rotor capability is hover performance, which depends on the near-body flow as well as the structure and strength of the tip vortices formed at the trailing edge of the blades. Computational Fluid Dynamics (CFD) solvers must balance computational expenses with preservation of the flow, and to limit computational expenses the mesh is often coarsened in the outer regions of the computational domain. This can lead to degradation of the vortex structures which compose the rotor wake. The current work conducts three-dimensional simulations using OVERTURNS, a three-dimensional structured grid solver that models the flow field using the Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations. The S-76 rotor in hover was chosen as the test case for evaluating the OVERTURNS solver, focusing on methods to better preserve the rotor wake. Using the hover condition, various computational domains, spatial schemes, and boundary conditions were tested. Furthermore, a mesh adaption routine was implemented, allowing for the increased refinement of the mesh in areas of turbulent flow without the need to add points to the mesh. The adapted mesh was employed to conduct a sweep of collective pitch angles, comparing the resolved wake and integrated forces to existing computational and experimental results. The integrated thrust values saw very close agreement across all tested pitch angles, while the power was slightly over predicted, resulting in under prediction of the Figure of Merit. Meanwhile, the tip vortices have been preserved for multiple blade passages, indicating an improvement in vortex preservation when compared with previous work. Finally, further results from a single collective pitch case were presented to provide a more complete picture of the solver results.

Collaboration in Virtual Enterprises through the Smart Vortex Suite

Part 12: Collaboration Platforms

Experimental study of the turbulent field behind a perforated vortex generator

International audience

On the optimaL response of q-vortex

Wingtip vortices represent a hazard for the stability of the following airplane in airport highways. These flows have been usually modeled as swirling jets/wakes, which are known to be highly unstable and susceptible to breakdown at high Reynolds numbers for certain flow conditions, but different to the ones present in real flying airplanes. A very recent study based on Direct Numerical Simulations (DNS) shows that a large variety of helical responses can be excited and amplified when a harmonic inlet forcing is imposed. In this work, the optimal response of q-vortex (both axial vorticity and axial velocity can be modeled by a Gaussian profile) is studied by considering the time-harmonically forced problem with a certain frequency ω. We first reproduce Guo and Sun’s results for the Lamb-Oseen vortex (no axial flow) to validate our numerical code. In the axisymmetric case m = 0, the system response is the largest when the input frequency is null. The axial flow has a weak influence in the response for any axial velocity intensity. We also consider helical perturbations |m| = 1. These perturbations are excited through a resonance mechanism at moderate and large wavelengths as it is shown in Figure 1. In addition, Figure 2 shows that the frequency at which the optimal gain is obtained is not a continuous function of the axial wavenumber k. At smaller wavelengths, large response is excited by steady forcing. Regarding the axial flow, the unstable response is the largest when the axial velocity intensity, 1/q, is near to zero. For perturbations with higher azimuthal wavenumbers |m| > 1, the magnitudes of the response are smaller than those for helical modes. In order to establish an alternative validation, DNS has been carried out by using a pseudospectral Fourier formulation finding a very good agreement.