Titre : Effets thermochimiques des décharges plasma nanosecondes sur la stabilisation de flammes pauvres

La combustion de carburants fossiles,
neutres ou sans carbone produit des oxides d’azote
(NO X ) néfastes pour la santé humaine et les
écosystèmes. Les flammes prémélangées pauvres ont
une température plus basse, limitant ainsi la
formation de NO mais elles sont instables et sujettes
à extinction. La combustion assistée par plasma avec
des décharges Nanosecondes Répétitives Pulsées
(NRP) a surtout été étudiée dans des brûleurs
académiques de faible puissance dont les émissions
de NO X sont toujours plus élevé es avec plasma que
sans.

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Titre : Modélisation des transferts radiatifs : propriétés radiatives, simulation numérique et interactions
couplées

Ce manuscrit d’habilitation synthétise des
travaux portant sur la modélisation du transfert
radiatif à l'aide de la simulation numérique. La
première partie porte sur la modélisation des
propriétés radiatives des milieux gazeux ou
particulaires. Un modèle statistique à bande étroite
hybride est établi pour prédire le rayonnement hors
équilibre impactant les véhicules spatiaux lors des
entrées atmosphériques...

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Titre : Cinetique de recombinaison des plamas hors-équilibres azote-argon

Prédire les tranferts d'énergie entre un plasma d'azote en recombinaison et son environnement est un enjeu majeur pour des applications telles que la rentrée atmosphérique, la combustion assistéepar plasma, la fusion par confinement magnétique et le traitement des surfaces...

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Titre : Quantification d'incertitudes dans les simulations aux grandes échelles de flammes d'hydrogène
stabilisées par auto-allumage.

La combustion est une source d'énergie omniprésente dans notre société. Afin de minimiser ses émissions
polluantes, dans un contexte où les conditions opératoires et les modèles de calculs sont incertains, nous devons être capables
de quantifier les incertitudes de nos simulations prédictives...

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Titre : Carbon Monoxide Dissociation Examined by Laser Absorption Spectroscopy at Near-Electronvolt Temperatures.

This presentation will review recent progress in laser absorption spectroscopy, emphasizing shock-tube applications for entry studies. Recent work in my previous group at UCLA demonstrated that MHz-rate measurements by laser absorption spectroscopy can be performed by modulating DFB laser via bias-tee circuitry. This time resolution is sufficient to resolve events on the μs scale, such as high-temperature dissociation and vibrational relaxation relevant to entry conditions.

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Titre : Morphology, optical properties & climate impact of soot nanoparticles.

Soot is a major air pollutant produced by incomplete
combustion of hydrocarbon fuels. The contribution of soot to global warming is currently estimated with large uncertainty (partly) due to the fractal-like agglomerate
structure of its constituent nanoparticles. Here, the dynamics of soot nanoparticles are investigated to advance our current understanding of particle formation during combustion.

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Titre : Modélisation des transferts de chaleur et masse pour des gouttes de carburant multi-composants.

Les outils de simulation numérique en mécanique des fluides sont des outils importants pour la conception de chambres de combustion. Pour pouvoir prendre en compte une vaste gamme de phénomènes physiques y compris la turbulence, par exemple la combustion et l’injection de carburant liquide, des modèles ont été proposés...

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Titre : Spray combustion: from single droplet evaporation to turbulence-flame interaction

Spray combustion processes embrace diverse phenomena which evolve in a multitude of scales. From the heat and mass transfer process on a droplet to the wrinkling of a flame in a turbulent flow, a broad spectrum of interacting phenomena exists. In fact, such a characteristic poses many challenges for modeling approaches. In this talk, an overview about some key aspects of spray combustion modeling is presented and connected with further modeling demands.

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Titre : Simulations aux grandes échelles de la combustion assistée par plasma.

Les normes environnementales de plus en plus sévères en matière d'émission de polluants imposent une rupture technologique aux industries du domaine de la combustion. Une solution efficace pour réduire la formation de poluants consiste à maintenir une température de flamme relativement basse en opérant à des régimes de combustion pauvres...

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Titre : Etude des instabilités de combustion dans les foyers annulaires en considérant la dynamique des injecteurs et les fonctions descriptives des flammes déterminées dans des configurations simplifiées.

Cette thèse aborde des questions centrales de la dynamique de la combustion des systèmes annulaires, en se concentrant essentiellement sur la compréhension, l'interprétation et la prédiction des instabilités de combustion couplées aux modes azimutaux. Ces modes sont les plus dangereux parmi ceux rencontrés dans les turbines à gaz et les moteurs d'avion car ils correspondent aux fréquences propres les plus basses où la combustion est la plus sensible aux perturbations auxquelles elle est soumise...

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Titre : Analyse numérique de l’allumage circulaire dans les foyers annulaires diphasiques avec conditions thermiques de paroi réalistes

La transition vers des technologies à faibles émissions nécessite que les chambres de combustion des moteurs aéronautiques fo nctionnent avec des carburants de plus en plus propres. Le redémarrage du moteur doit se produire de manière fiable et sûr et doit être assuré pour différentes points de fonctionnement, qui sont spécifiés par les autorités de certification...

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Titre : Accélération de flamme hydrogène en mélange non uniforme.

Cette thèse, effectuée en partenariat avec le CEA, présente le développement de méthodes numériques dédiées à la simulation du processus d'accélération d'une flamme hydrogène.
L'accélération et la transition de la déflagration à la détonation des flammes d'hydrogène/air sont des problématiques clés pour la sûreté nucléaire. Elles présentent également un intérêt croissant pour les domaines énergétiques et industriels impliquant de l'hydrogène...

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Titre : Modélisation d’ordre réduit et simulation d’écoulements diphasiques dispersés turbulents: nouvelles approches théoriques et modèles pour la prédiction de l’intermittence, de la ségrégation et du couplage fort.

La capacité de modéliser et simuler les écoulements turbulents à phase dispersée est un enjeu crucial pour de nombreuses applications industrielles et environnementales, telles que les moteurs à combustion in- terne, le transport de polluants ou la formation de nuages. Cependant, si la résolution de l’ensemble des échelles de la turbulence par DNS (Direct Numerical Simulation) est possible sur des configurations académiques simples, elle devient inenvisageable pour des applications réalistes...

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Titre : Simulation numérique d’écoulements diphasiques évaporants par des méthodes de capture d’interface raides.

La simulation des écoulements diphasiques évaporant est un sujet en plein essor avec
l’émergence de multiples solveurs et méthodes numériques associés.
C’est un sujet difficile en raison des discontinuités de l’écoulement à l’interface qui nécessitent des méthodes numériques adaptées...

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Titre : Formation d’un plasma complétement ionisé et combustion assistée par décharges nanosecondes.

Cette thèse porte sur l’étude de la formation et de la recombinaison d’un plasma complétement ionisé généré par une impulsion électrique de quelques nanosecondes. La formation du plasma se décompose en cinq étapes : (i) ionisation partielle de l’espace inter-électrode, (ii) formation d’un filament à la cathode, (iii) formation d’un filament à l’anode, (iv) propagation des filaments et (v) fusion des filaments.

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Titre : Transport phenomena and mechanics of biological lipid membranes.

Not only are living cells subject to the laws of physics, but they take advantage of them to carry complex biological functions at a lesser energetic cost. Identifying and understanding such biophysical processes is therefore of great interest for the development of bioinspired engineering solutions such as drug delivery systems and decontamination processes. In this talk, I will illustrate through a series of examples how transport phenomena and mechanics play key roles in cellular systems, focusing on biological lipid membranes.

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Titre : Stabilisation, structure et comportement thermique des oxy-flammes avec un niveau de swirl variable.

Ce travail porte sur la stabilisation, la structure et le comportement thermique d’oxy-flammes turbulentes opérées avec du méthane comme combustible. L’étude recouvre des flammes fonctionnant dans des conditions prémélangées et non prémélangées, avec et sans swirl, et avec un oxydant dont la concentration d'oxygène est variable. Ces flammes sont étudiées sous une large gamme de conditions de fonctionnement grâce à une chambre de combustion polyvalente, et à des diagnostics laser et des outils de calcul haute-fidélité.

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Titre : Inertial particles in turbulence.

Dispersed two phase flows are relevant to many fields, as they occur in both natural phenomena (rain formation, marine snow) and technological applications (combustion chambers, chemical reactors). Such flows are generally described using the following parameters : the Reynolds number (turbulence intensity), the Stokes number (particle inertia), the Rouse number and the Froude number (effects of gravity). Given the complexity of the equation of a particle moving in a turbulent flow, most models rely on heavy simplifications, which is why further experiments are still needed...

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Titre : Measurements in flames at elevated pressure and Reynolds number: a few challenges but many opportunities

A large proportion of industrial combustion devices for propulsion and energy operates at elevated pressure and Reynolds number. This is needed to achieve high energy density and efficiency. Improving such devices requires to conduct experiments in laboratory-scale flames at practically relevant operating conditions, namely elevated pressure and Reynolds number. This motivated the creation of the high-pressure combustion laboratory (HPCL) at KAUST in Saudi Arabia. Such experiments are technically challenging and expensive but the ability to vary pressure creates opportunities...

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Titre : Numerical modeling of high-pressure liquid propellants injection.

Liquid fuel injection systems are widely used in practical applications, from aerospace to automotive engineering, but their modeling still raises challenging questions. Depending on the operating temperature and pressure conditions, the jet formed during injection may evolve differently. When pressure and temperature are low enough with respect to the critical point conditions, the interfaces can be seen as discontinuities between the liquid and gas phases and the liquid can undergo primary and secondary break-up processes..

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Titre : Prédiction des polluants dans les simulations numériques de flammes laminaires et turbulentes par méthode de chimie virtuelle.

La CFD est aujourd’hui utilisée par les ingénieurs de recherche comme un outil numérique pour concevoir et optimiser les dispositifs de combustion avancés qui sont utilisés dans les systèmes de conversion d’énergie. L’un des principaux objectifs de la recherche, dans le développement d’outils numériques avancés pour la CFD, est l’identification d’un modèle réduite de cinétique chimique de la combustion qui reproduit la structure de la flamme et la formation de polluants avec un coût de calcul abordable.

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Titre : Understanding and improving complex flows found in biomedical processes and devices.

After a generic description of our research activity, the focus will be set on biomedical applications involving complex blood and air flows. The tools needed to obtain sufficiently accurate numerical predictions and the associated validation procedure by comparison with experimental measurements will be described, opening finally the door for Data Assimilation and for the Genetic Optimization of biomedical devices. Following aspects will be discussed: aneurysms, medical implants, hemolysis, assistance devices for blood transport, thrombosis, support of therapy planning for cerebral interventions and for the ablation of cancerous tissues in the airway..

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Titre : Experimental study of soot formation : a focus on incipient soot particles.

Emission of soot formed from incomplete combustion of fossil fuels, biofuels and biomass is a serious concern due to soot’s harmful impact on human health, environment and its radiative forcing on climate. Gaining fundamental understanding of soot formation, particularly the nucleation step leading to the formation of the incipient soot particles, is critical to develop reliable predictive and realistic soot models and to help the design of more efficient and cleaner combustion devices.

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Titre : Mathematical modeling and simulation of non-equilibrium plasmas. Application to magnetic reconnection in the Sun atmosphere.

The ability to model, simulate and predict magnetic reconnection(MR) is a stumbling block in order to predict space weather and geomagnetic storms, which can lead to harmful perturbation of satellites. Some fundamental aspects of MR are not yet well understood. The scientific issue at stake is the proper description of the unsteady energy transfer from magnetic energy to kinetic and thermal energy, which is still out of reach for the standard Magneto-hydrodynamics (MHD) models...

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Titre : Étude expérimentale et modélisation multi-échelles de la croissance tissulaire dans un bioréacteur à perfusion : application à l'ingénierie tissulaire osseuse.

Des substituts osseux sont souvent nécessaires dans un grand nombre d'applications cliniques pour le traitement de larges défauts osseux, dus au vieillissement ou découlant d'une pathologie ou d'un traumatisme. Le traitement actuel de référence, la greffe autologue, présente un certain nombre de limitations telles que des risques d'infection ou des volumes osseux limités. L'ingénierie tissulaire osseuse intervient dans ce contexte comme une solution alternative très prometteuse...

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Titre : Dynamique de la combustion des flammes de prémélange swirlées avec des différentes conditions d’injection.

Les systèmes de combustion à prémélange pauvre (PP) sont l’une des technologies les mieux adaptées pour la réduction des émissions de polluants, mais ils sont très sensibles aux phénomènes d’extinction, aux retours de flamme (flashback) dans l’injecteur et aux instabilités de combustion. La plupart des chambres de combustion des turbines à gaz utilisent de swirleurs pour stabiliser des flammes compactes et permettre une combustion efficace et propre avec des densités de puissance élevée...

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Titre : Rayonnement hors-équilibre de plasmas de recombinaison.

L’un des plus grands défis des missions prévues sur Mars est la phase d’entrée atmosphérique, lorsque le vaisseau spatial entre dans l’atmosphère de Mars ou de la Terre au retour. Les capsules spatiales entrent dans l’atmosphère à des vitesses hypersoniques ce qui comprime le gaz à l’avant de l’appareil et résulte en une augmentation de température jusqu’à la dissociation et l’ionisation du gaz. Ces phénomènes engendrent un rayonnement intense du gaz...

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Titre : Étude des modèles d’interface diffuse et des schémas numériques adaptés pour la simulation d’écoulements sous- critiques à supercritiques.

Au cours de l’utilisation de certains systèmes propulsifs, tels que les moteurs fusées cryotechniques ou les moteurs Diesel, le point de fonctionnement peut varier sur une large plage de pressions. Ces variations de pression peuvent conduire à un changement de régime thermodynamique si la pression critique du fluide est franchie, l’injection initialement diphasique devenant alors transcritique...

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Titre : The lattice Boltzmann method
for complex flow simulation.

The lattice Boltzmann method (LBM), is an on-lattice Lagrangian solver for the phase-space discretized Boltzmann equation. Over the past couple of decades it has grown into a rather popular alternative to classical numerical solvers for low Mach number flows. In its most basic form, the scheme solves Boltzmann’s equation (up to the Navier-Stokes scale) for a single species isothermal low Mach number flow. To go towards applications involving more complex physics, i.e. thermal multi-species flows, the scheme has to be extended accordingly.

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Titre : Méthodes numériques et modèle réduit de chimie tabulée pour la propagation d’incertitudes de cinétique chimique.

La simulation numérique joue aujourd'hui un rôle majeur dans le domaine de la combustion, que ce soit au niveau de la recherche en offrant la possibilité de mieux comprendre les phénomènes ayant lieu au sein des écoulements réactifs ou au niveau du développement de nouveaux systèmes industriels par une diminution des coûts liés à la conception de ces systèmes...

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Titre : Prédiction du transfert radiatif au sein d’une flamme prémélangée swirlée à l’aide d’une méthode Quasi-Monte Carlo couplée à la simulation aux grandes échelles.

La prédiction des flux aux parois joue un rôle déterminant dans le cycle de vie des chambres de combustion, car elle permet de prédire la fatigue thermique des parois et d'augmenter ainsi la durée de vie des équipements. Le transfert de chaleur de la flamme aux parois est entraîné, outre la convection, également par le rayonnement des gaz chauds au sein de la chambre.

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Titre : Numerical Investigations of turbulent spray flames for aeronautical applications.

Over the last years, aero-engines are progressively evolving towards design concepts that improve engine safety, fuel economy and pollutant emissions. In this context, lean burn technology has been recognized as a reliable solution even if it must face safety risks and technical issues. A deep insight on lean burn combustion is required and Computational Fluid Dynamics (CFD) is a powerful tool for this purpose. This presentation aims at presenting an overview of the numerical research works carried out over the last years as an early-stage researcher in the field of lean combustion.

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Titre : Kinetic-Based Hyperbolic Two-Fluid Models.

A longstanding shortcoming of two-fluid models for disperse multiphase flows is the lack of hyperbolicity when the Archimedes force is included. This is especially true when the material density of the disperse phase is much smaller than that of the continuous phase (e.g., bubbly flows). Mathematically, a nonhyperbolic model yields unphysical solutions and thus hyperbolicity is a necessary condition for any well-posed two-fluid model. In the literature, various ad hoc fixes have been proposed to achieve hyperbolicity, the most popular being the turbulent-dispersion force.

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Titre : Questions de modélisation pour les simulations numériques de chambres de combustion aéronautiques.

La conception de chambres de combustion aéronautiques requiert un compromis entre les différents phénomènes physiques présents, comme les interactions entre la flamme et la turbulence, les pertes thermiques, la dynamique de flamme ou l'évaporation du carburant et son mélange. De nombreux outils numériques existent dans la littérature pour prédire ce genre d'écoulements réactifs turbulents. Les modèles de turbulence instationnaires, par exemple LES (Large Eddy Simulation), sont un excellent compromis pour la prédiction du mélange dans des configurations réalistes.

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Titre : Instabilités thermoacoustiques dans les moteurs à propergol solide.

Pour augmenter la poussée des moteurs à propergol solide, des particules d’aluminium sont souvent ajoutées au propergol. La combustion de ces gouttes peut cependant déclencher des oscillations auto-entretenues de l’écoulement couplées à l’un des modes acoustiques du moteur. Ces phénomènes dépendent de la dynamique de la combustion des gouttes d’aluminium relâchées lors de la combustion du propergol et transportées ensuite par l’écoulement gazeux vers la tuyère.

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Titre : Étude numérique des effets du couplage du rayonnement thermique aux jets turbulents libres de vapeur d’eau.

Le rayonnement thermique joue un rôle important dans un large éventail d’applications de génie thermique comprenant des écoulements turbulents. La motivation principale de cette thèse est le besoin croissant de précision et fiabilité dans les simulations numériques appliqué à ce domaine.

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Titre : Modélisation macroscopique des émulsions doubles.

Les procédés de séparation à l’aide de membranes liquides sous forme d’émulsions doubles (DE) ont fait l’objet d’un examen approfondi en vue d’applications potentielles dans des domaines tels que la récupération des métaux, la séparation des gaz, l’élimination des composés organiques, l’élimination des polluants et les bio- séparations.

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Titre : Stabilisation et propagation de flammes pauvres prémélangées dans des conduits de petites dimensions en interaction thermique forte avec la paroi.

Les besoins en systèmes d’énergie de quelques dizaines de Watts grandissent à mesure que la demande pour des outils portables de petite dimension augmente. La conversion d’énergie par combustion reste le procédé le plus efficace par kilogramme transporté. Seulement, la stabilisation de flammes de faible puissance dans des environnements confinés reste un défi car les échanges thermiques entre la flamme et l’extérieur sont très importants par rapport à la puissance de la flamme et conditionnent la capacité du système à produire de l’énergie de façon continue et stable.

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Titre : Simulation numeérique de reformeur autothermique de diesel.

Le reformage autothermique, dans lequel une oxydation air carburant permet d’initier les réactions de formation d’hydrogène à partir de carburant et d’eau, semble une voie prometteuse pour la synthèse d’hydrogène à bord de navires. Son application au diesel, carburant majoritairement utilisé dans le secteur maritime, bien que moins bien connue académiquement que celle du méthane, permet une opérabilité du vaisseau sur l’ensemble du globe.

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Titre : Premixed Swirling Flames for Jet Engines: Research and Challenges

Ce séminaire se concentre sur des recherches récentes et certains des enjeux associés au développement des futurs injecteurs et chambres de combustion pour applications aéronautiques. Le séminaire introduit des éléments généraux de contexte avant de se porter sur deux aspects principaux: (i) la stabilisation de flamme prémélangées, et (ii) le développement d’un injecteur à prémélange complet.

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Titre : Conversion du CO2 par décharges nanosecondes pulsées

Les scénarios de transition permettant de maintenir le réchauffement climatique sous le seuil de 2°C s’appuient sur le déploiement massif de technologies à émissions neutres, ou négatives. Pour réduire le coût de capture du CO2, il peut être transformé en produits à valeur ajouté comme le CO, valorisable dans la production de méthanol ou de gaz de synthèse. Les plasmas hors-équilibre peuvent dissocier CO2 en CO avec une grande efficacité en ciblant les modes de vibration et d’excitation électronique de la molécule tout en limitant l’échauffement du gaz.

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Titre : Étude numérique de la dynamique de combustion dans un brûleur diphasique turbulent à deux étages

Les normes environnementales de plus en plus contraignantes imposées au transport aérien poussent les industriels à faire évoluer les chambres de combustion actuelles. Pour réduire les émissions polluantes, la combustion pauvre, prémélangée et prévaporisée est une alternative intéressante. Cette technologie peut cependant conduire à une flamme moins stable et peut générer des instabilités de combustion néfastes pour le moteur.

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Titre : Étude du Rayonnement et de l’Ablation pour Validation en Vol

Dévoiler les mystères du système solaire pour comprendre les mécanismes de la formation de la Terre, pour rechercher des signes de vie ou pour développer des colonies sur d’autres planètes, dépend de notre capacité à repousser les limites de l'ingénierie et de la science. Pour cela, il est important de développer des technologies de pointe pour permettre aux véhicules spatiaux de survivre la phase d'entrée ou de rentrée atmosphérique.

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Titre : Modélisation des oscillations de pression auto-entretenues induites par des tourbillons dans les moteurs à propergol solide.