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Développement de techniques de mesure de surfaces libres par moyens optiques : application à l'analyse de l'écoulement généré par un modèle de bateau en bassin des carènes

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Academic year: 2021

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(1)THÈSE Pour l'obtention du grade de DOCTEUR DE L'UNIVERSITÉ DE POITIERS UFR des sciences fondamentales et appliquées Pôle poitevin de recherche pour l'ingénieur en mécanique, matériaux et énergétique - PPRIMME (Diplôme National - Arrêté du 7 août 2006) École doctorale : Sciences et ingénierie en matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique SIMMEA (Poitiers) Secteur de recherche : Mécanique des fluides. Présentée par :. Guillaume Gomit Développement de techniques de mesure de surfaces libres par moyens optiques : application à l'analyse de l'écoulement généré par un modèle de bateau en bassin des carènes Directeur(s) de Thèse : Laurent David, Damien Calluaud, Ludovic Chatellier Soutenue le 02 décembre 2013 devant le jury Jury : Président. Abdellatif Ouahsine. Professeur des Universités, Université de Technologie de Compiègne. Rapporteur. Abdellatif Ouahsine. Professeur des Universités, Université de Technologie de Compiègne. Rapporteur. Frédéric Moisy. Professeur des Universités, Université Paris Sud. Membre. Laurent David. Professeur des Universités, Université de Poitiers. Membre. Damien Calluaud. Maître de conférences, Université de Poitiers. Membre. Ludovic Chatellier. Maître de conférences, Université de Poitiers. Membre. Fabio Di Felice. Ricercatore senior, INSEAN, Italia. Membre. Didier Fréchou. Docteur-ingénieur, DGA, Val-de-Reuil. Pour citer cette thèse : Guillaume Gomit. Développement de techniques de mesure de surfaces libres par moyens optiques : application à l'analyse de l'écoulement généré par un modèle de bateau en bassin des carènes [En ligne]. Thèse Mécanique des fluides. Poitiers : Université de Poitiers, 2013. Disponible sur Internet <http://theses.univ-poitiers.fr>.

(2) THESE Pour l’obtention du Grade de DOC UR D L’UNIVRI  D POI IR (Faculté des ciences Fondamentales et Appliquées) (Diplôme National - Arrêté du 7 août 2006) cole Doctorale : I-MMA (ciences et Ingénierie en Matériaux, Mécanique, nergétique et Aéronautique) ecteur de Recherche : Mécanique des Fluides Présentée par : Guillaume Gomit ************************ D  

(3) Q    

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(6)         B   B 

(7)   ************************ Directeurs de hèse : Laurent David Damien Calluaud Ludovic Chatellier ************************ outenue le 2 décembre 2013 devant la Commission d’xamen ************************ J F. MOI A. OUAZIN F. DI FLIC D. FRCZOU D. CALLUAUD L. CZA LLIR L. DAVID. f !"#"$% &" +/ 45+8 f !"#"$% 8[\!]^" / _`j"k^! w&y&$" zy#&] +!" z&[\ +["!$"$  {|+}5| ~{$&]" [$†"!^%!" ‡5 8[\!"ˆ \‰//‰!&`"ˆ Š&]†/†z"] ‹&î$ / [!f%![ !"#"$% / "$" {!$"$$ Œ ‹&î$ / [!f%![ !"#"$% / "$" {!$"$$ Œ f !"#"$% / "$" {!$"$$ Œ. 9;<==>?@KW?X 9;<==>?@KW?X 9€<‚ƒ„<@KW?X 9€<‚ƒ„<@KW?X 9€<‚ƒ„<@KW?X 9€<‚ƒ„<@KW?X 9€<‚ƒ„<@KW?X.

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(11) ŽŽ‘“ŽŽ”•–. —˜ ™š›œžŸ ¡ Ÿ˜¢Ÿ£˜›¡˜ ¤˜ Ÿ£œ¤¡š¡ ¥˜ ¡Ÿ¦  š› ¥˜ Ÿ˜ž§˜Ÿž§˜ šœ ˜ › ¥˜ ¤¨š©˜ ª«¬­­ ¥˜ ¤¨ ›¡ ¡œ¡ ®¢Ÿ ™˜ ˜¡ ¯˜ ¦œ§š ¡˜  ž  Ÿ˜™˜Ÿž ˜Ÿ ¤¨˜›˜™°¤˜ ¥˜ ¢˜Ÿ¦››˜ š±š›¡ ¢šŸ¡ ž ¢£ ¥˜ ¢Ÿ² ¦œ ¥³œ› ¢˜œ ¢¤œ ¤¦ › à ž˜ ¡Ÿš´š ¤µ ¬š› œ› ¢Ÿ˜™ ˜Ÿ ¡˜™¢¶ ¯˜ ¡ ˜› à Ÿ˜™˜Ÿž ˜Ÿ ž§š¤˜œŸ˜œ˜™˜›¡ ™˜ ¡Ÿ¦  ¥ Ÿ˜ž¡˜œŸ ¥˜ ¡§²˜ · ¸¹º»¼½¾ ¿¹ÀÁÂà ®Ÿ¦Ä˜˜œŸ¶ ¿¹ÅÁ¼½ ƹÇǺ¹ºÂ¶ ȚɡŸ˜ ¥˜ ž¦›Ä£Ÿ˜›ž˜ ˜¡ ¸ºÂÊÀÁË Æ̹¾¼ÇÇÁ¼»¶ ȚɡŸ˜ ¥˜ ž¦›Ä£Ÿ˜›ž˜µ ͘ ¡ ˜› à ¤˜œŸ ˜©¢Ÿ ™˜Ÿ ¡¦œ¡˜ ™š Ϛ¡ ¡œ¥˜ ¢¦œŸ ™¨š´¦ Ÿ Μ ¥£ ¡¦œ¡ šœ ¤¦›Î ¥˜ ž˜ ¡Ÿš´š ¤¶ ¢¦œŸ ¤˜œŸ ¥ ¢¦› ° ¤ ¡£¶ ¢¦œŸ ¤˜ ž¦››š š›ž˜ Ϝ¨ ¤ ¦›¡ œ ™¨š¢¢¦Ÿ¡˜Ÿ ˜¡ ¤˜ ›¦™°Ÿ˜œ© ž¦›˜ ¤ Ϝ¨ ¤ ™¨¦›¡ ¢Ÿ¦¥ Îœ£µ —˜¡¡˜ ¡§²˜ Ä ›š›ž£˜ ¢šŸ ¤š ¬ÐÑ š £¡£ œ¢˜Ÿ´ £˜ ¢šŸ ¿ÁÂÁ¼» Ò»ÓËÌʺ¶  ›Î£› ˜œŸ ¥¦ž¡˜œŸ à ¬ÐÑ §±¥Ÿ¦¥±›š™ Ïœ˜µ ͘ ¤˜ Ÿ˜™˜Ÿž ˜ ¢¦œŸ š´¦ Ÿ šžž¦™¢šÎ›£ ™¦› ¡Ÿš´š ¤ šž¡ ´˜™˜›¡ ˜¡ £Îš¤˜™˜›¡ ¢¦œŸ ™¨š´¦ Ÿ ¢˜Ÿ™  ¥¨šžž£¥˜Ÿ šœ© ™¦±˜› ¥¨˜š  ¥˜ ¤š ¬Ðѵ ®¦œŸ š´¦ Ÿ šžž˜¢¡£ ¥˜ Ÿš¢¢¦Ÿ¡˜Ÿ ž˜ ¡Ÿš´š ¤¶ ¯¨šœŸ˜ ™š Ÿ˜ž¦››š š›ž˜ šœ© ¢Ÿ¦Ä˜˜œŸ Ò»ÓÂÓ»ÁË ÔÊÁÕÖ ˜¡ ×ؼÇǹ¾ÁÙ Úº¹ÕÌÁ½¼µ ȘŸž  £Îš¤˜™˜›¡ šœ© šœ¡Ÿ˜ ™˜™°Ÿ˜ ¥œ ¯œŸ± Ϝ  ™¨¦›¡ Ě ¡ ¤¨§¦››˜œŸ ¥¨šžž˜¢¡˜Ÿ ¥˜ ¯œÎ˜Ÿ ž˜ ¡Ÿš´š ¤ · Ò¹ØÁÊ ÂÁ Ò¼ÇÁ˼ ˜¡ ¿ÁÂÁ¼» Ò»ÓËÌʺµ Û¦™°Ÿ˜œ© ¦›¡ ž˜œ© à š´¦ Ÿ šœ Ä ¤ ¥˜ ™š ¡§²˜ š¢¢¦Ÿ¡£ ¤˜œŸ ž¦›¡Ÿ °œ¡ ¦› ¥¨œ› ¢¦ ›¡ ¥˜ ´œ˜ ž ˜›¡ Ä Ïœ˜ ¦œ ¡˜ž§› Ïœ˜µ ͘ Ÿ˜™˜Ÿž ˜ š ›  ž§š¤˜œŸ˜œ˜™˜›¡ ܼ»Å¹Á½ ÝʺÕÕ¼¹ºÞ ¢¦œŸ ™¨š´¦ Ÿ š¢¢¦Ÿ¡£ ¥˜ ¢Ÿ£ž ˜œ˜ ž¦››š š›ž˜ ¢¦œŸ ¤¨š›š¤±˜ ¥˜ ¦›¥˜µ ͘ Ÿ˜™˜Ÿž ˜ £Îš¤˜™˜›¡ ¤¨˜›˜™°¤˜ ¥˜ ¡˜ž§› ž ˜› ¥œ ¤š°¦Ÿš¡¦ Ÿ˜ Ϝ  ¦›¡ ¢šŸ¡ ž ¢£ à ¤¨£¤š°¦Ÿš¡ ¦› ¥˜ ¥ ÄÄ£Ÿ˜›¡˜ ˜©¢£Ÿ ˜›ž˜ Ÿ£š¤ £˜ šœ ž¦œŸ ¥˜ ž˜ ¡Ÿš´š ¤µ ͘ Ÿ˜™˜Ÿž ˜ ›¦¡š™™˜›¡ ß¹¾»ÁËá ⻹ºÂ ˜¡ ÝÊŹÁ½ âÓǹ½ã¼»¶  ›Î£› ˜œŸ ™˜œŸ˜ Ϝ  ™¨¦›¡ š¢¢¦Ÿ¡£ ¤˜œŸ ž¦™¢£¡˜›ž˜ à ¥˜ ›¦™°Ÿ˜œ˜ Ÿ˜¢Ÿ ˜ ¥š› ¤š ™ ˜ ˜› ¢¤šž˜ ¥˜ ¥ ÄÄ£Ÿ˜›¡ ±¡²™˜ ¦¢¡ Ïœ˜ œ¡ ¤ £ šœ ž¦œŸ ¥˜ ž˜¡¡˜ ¡§²˜µ ͘ ¡ ˜› £Îš¤˜™˜›¡ à Ÿ˜™˜Ÿž ˜Ÿ Ô¹»¾Á½ ¿»ºÊ½ ¢¦œŸ ¦› š ¥˜ šœ ¥£´˜¤¦¢¢˜™˜›¡ ¥˜ ¥ ÄÄ£Ÿ˜›¡ š¤Î¦Ÿ ¡§™˜  ™¢¤£™˜›¡£ ¥œŸš›¡ ž˜ ¡Ÿš´š ¤µ ͘ Ÿ˜™˜Ÿž ˜ œ›˜ ˜ž¦›¥˜ Ħ  ™˜ ¡Ÿ¦  ¥ Ÿ˜ž¡˜œŸ ¥˜ ¡§²˜ ¢¦œŸ ¤˜ ¢¤š  Ÿ Ϝ˜ ¯¨š  ¢Ÿ  à ¡Ÿš´š ¤¤˜Ÿ š´˜ž ˜œ© ¥œŸš›¡ ž˜ ¡Ÿ¦  š›µ ͘ Ÿ˜™˜Ÿž ˜ £Îš¤˜™˜›¡ ¤¨˜›˜™°¤˜ ¥˜ ¥¦ž¡¦Ÿš›¡ ¥œ ¤š°¦Ÿš¡¦ Ÿ˜ ¢¦œŸ š´¦ Ÿ Ÿ˜›¥œ ž˜ ¡Ÿ¦  š››£˜ ¡Ÿ² šÎŸ£š°¤˜µ ȘŸž  ˜› ¢šŸ¡ žœ¤ ˜Ÿ à äʺ»Á¹ š´˜ž Ϝ  ¯¨š  ¢šŸ¡šÎ£ ¤˜ °œŸ˜šœ ¥œŸš›¡ ž˜ ¡Ÿ¦  š››£˜ ›¦¡š™™˜›¡ ¢¦œŸ š °¦››˜ §œ™˜œŸµ å› ¢šŸšÎŸš¢§˜ ¢£ž š¤ ¢¦œŸ ž˜œ© Ϝ  ™¨¦›¡ ¢˜Ÿ™  ¥˜ ¦Ÿ¡ Ÿ œ› ¢˜œ ¥˜ ¤š ¡§²˜ š› ¢¦œŸ šœ¡š›¡ ™˜ ¢¦œ˜Ÿ à ¤š ¢Ÿ¦žŸš¡ ›š¡ ¦› · ¿ÊºÂʺà âʺ»Á½Ã ×ǼÞà ⼹ºÙºÅ¼Ã âÊØÊà Æ̹»ÇÊà ÝÊÅæÕà çÁÀÁà âÓØ뻼ì ȘŸž  à ˜œ© ¢¦œŸ ¤˜ ͚ŸŸ˜¡ ¥˜ °íœÄ ˜¡ ¤˜ ®š¡š¡˜ —§šœ¥˜µ ­›Ä › ¢¦œŸ ž¦›ž¤œŸ˜ ž˜¡¡˜ ¢šŸ˜›¡§²˜¶ ï ±¨š´š ¡ ݹÖÅʽ¶ ±¨š´š ¡ ðÊÕ¼¾¾¼Ã à °±ž ž¤˜¡¡˜ñì ȘŸž  à ˜œ© ¥˜œ©µ å› Ÿ˜™˜Ÿž ˜™˜›¡ ¡¦œ¡ ¢šŸ¡ žœ¤ ˜Ÿ à ™š Ù¹ÅÁÇǼ ˜¡ ›¦¡š™™˜›¡ à Å¼Õ ò¹»¼½¾Õ Ϝ  ¦›¡ žŸœ ˜› ™¦  ˜¡ Ϝ  ™¨¦›¡ ¢˜Ÿ™  ¥˜ ž¦›¡ ›œ˜Ÿ ™˜ £¡œ¥˜ ¯œÏœ¨ ž µ ­›Ä › ˜¡ œŸ¡¦œ¡¶ ¯˜ Ÿ˜™˜Ÿž ˜ ž˜¤¤˜ Ϝ  š £¡£ à ™˜ žó¡£ ¡¦œ¡ šœ ¤¦›Î ¥˜ ž˜ ¡Ÿš´š ¤¶ ¿ÓØÊ»¹Ì¶ ¢¦œŸ ™¨š´¦ Ÿ £¢šœ¤£ ¥š› ¤˜ ™¦™˜›¡ ¢¤œ ¥ ÄÄ ž ¤˜ ™š  £Îš¤˜™˜›¡ ¢¦œŸ š´¦ Ÿ Ÿ˜¤œ ¤¨˜›˜™°¤˜ ¥˜ ž˜ ™š›œžŸ ¡ ¢¦œŸ ´£Ÿ Ä ˜Ÿ ¤¨¦Ÿ¡§¦ÎŸš¢§˜µ Ñ ¤š Ä › ¥˜ ž˜¡¡˜ ¡§²˜¶ ¡œ ˜ ™š ›¡˜›š›¡ œ›˜ ˜©¢˜Ÿ¡˜ ˜› ™£¡§¦¥˜ ¥˜ ™˜œŸ˜ ¥˜ œŸÄšž˜ ˜¡ ¤˜ ´šÎœ˜ Σ›£Ÿ£˜ ¢šŸ ¤˜ ›š´ Ÿ˜ ›¨¦›¡ ¢¤œ ¥˜ ˜žŸ˜¡ ¢¦œŸ ¡¦ µ ȘŸž  à ¡¦  ¢¦œŸ ¡¦œ¡ õš ˜¡ ¢¦œŸ ¡¦œ¡ ¤˜ Ÿ˜¡˜ö.

(12)

(13) øùúüý þýÿ. ùTIýRýÿ. M. NODUCON ........................................................................................................................................... 1 HAPE. LE SAGE DE NAVE E SA CAACESAON ......................................................... 3.  escription général du champ de vagues  5 2 étermination de l'écoulement généré par un navire   2 esures expérimentales de l'écoulement généré par le déplacement d'un bateau   22 tudes numériques  5 

(14) a vague d'étrave  7 4 onclusion  24 HAPE. EVEOPPEEN DE EHODES DE ESUE DE SUFACE BE .............................. .  esure de surface libre par moyens optiques 27 2 odèle de caméra et calibration

(15) 4 2 odèle de caméra : 

(16) 4    !"#$% &  () * +"#, - / 0! , #,!",#-, -,    /#*"!#- &  (6 /  08- # (9 22 éthode de calibration des caméras : 

(17) ;  !< /,,#$% 0" !"-,!#- =%- #"  (9 * >!" #-!#-   !"#/  0" 00"/< 0<!" !"#$%  ) / >!" #-!#- , /??#/#-!,  #,!",#-, &  )  @??#/#-!, %  08- # &  ) 2

(18) Jeprésentation d'un capteur de stéréovision  4

(19) ( @#*"!#- =%- /0!%" ,!",/0#$% )( (* K !"# 0#0#"  )( (/ Q/!#?#/!#- , # ,  )) ( W"#-%!#-  )X 24 stimation de la précision de la calibration et choix du modèle  4Y ) @"#!" =""%" )Z )* @<#[ %   /#*"!#- )9 25 ssais de calibration : 4\ X ] *"  0#-!, -/,,#", &  )^ X* @#*"!#- 0"!# & X_ X/  , / 0"!-!   #,!",#- &  X 

(20) `echniques de mesure de surface libre par stéréovision 54 

(21)  esure de surface par stéréojcorrélation d'images rectifiées 54 ( #, - /"",0--/ ,!",/0#$%  X) (* k,!# !#- , w#!,,,  X6 

(22) 2 éthode z{ |zauteur} {ormale} ourbure~  57 ( +"#-/#0   !<  XZ (* -!#?#/!#-   ,%"?/  X9 (/ k,!# !#- , w#!,,, X^ ( "#!<  =0!# #,!#-  6_ 

(23) 

(24) €ources d'incertitudes liées à la méthode basée sur la stéréojcorrélation  Y 4 éthode basée sur la ‚stéréojréfraction‚  Y2 4 ƒrincipe de la stéréojréfraction  Y2 ) Q?"/!#- =%- "8- % #-%[ 6. ÷.

(25) †‡†ˆ†‰ Š‹ŒŽ‘’“ ””Ž•“‘• –—˜“ ‘’Œ ˜ ‘Ž™•Žš –—˜“• ’“‘•ŽŒ›•†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† œ †‡†ˆ†› ž‘‹Ž‹ŸŽ‹ŒŽ›‘’“ ††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† œ‡   ¡¢¡£ ¤¥¦§¨©ª«¬¦ª­« ®¯ ®¥°±¬²§©§«¦ ¬°°¬¨§«¦ ®¯ ©­¦ª³ ¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡ ´µ   ¡¢¡¶ ·±¸­¨ª¦¹©§ ®§ ¨§²­«º¦¨¯²¦ª­« ®§ ±¬ º¯¨³¬²§¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡ ´»   ¡¢¡¢ ¼ª©ª¦§º ®§ ±¬ ©¥¦¹­®§ ¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡ ´½   ¡¢¡µ ¾­¯¨²§º ®§º ª«²§¨¦ª¦¯®§º ±ª¥§º ¿ ±¬ ©¥¦¹­®§¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡ »À   ¡µ Á¨­Â§²¦ª­« ®§ ³¬ªº²§¬¯Ã ±¬º§¨ º¯¨ ±¬ º¯¨³¬²§ ¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡ »Ä   ¡µ¡Ä ¤¥¦§²¦ª­« ®¯ °­ª«¦ ®Å§«¦¨¥§ ®¯ ³¬ªº²§¬¯ ±¬º§¨ 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(26) III.6.1.b Cal brat on .................................................................................................................... 115 III.6.1.c Reconstruct on de la surface ......................................................................................... 116 7 O méq p  

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(29) :  8 72 M é

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Fig ure II-14 apeur sér éos opi u e
Fig re  Tri ang l ation : nt ersection des de x r ay ons iss s de c aq e ca ra
Fig ure II-4 8 D ifférentes ét pe s e  éte t i on e l' i mp t  u f i s e u l ser sur l surf e :  Po rt ion e l'im ge, iss ue e
Fig ure III-4 9 S uivi de crêtes et de cre ux
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