École Nationale Supérieure de Techniques Avancées

Cycle d'ingénieur

MODEX 2020-2021

(Module Expérimental)

Enseignants responsables : Jean Boisson (UME)


Procédure de choix
  1. Vous devez vous mettre par binôme en respectant la mixité de parcours 
  2. Faire 5 choix de sujets par ordre de préférence 
  3. Reportez la composition des binômes et les numéros des sujets choisis 
  4. La répartition finale des groupes se trouve ici
  5. Vous noterez que certains groupes ont du être modifié pour respecter la mixité de cette répartition.

Dates limites :

- Remise des choix (5 choix par binômes) pour le Vendredi 18 décembre AU PLUS TARD 

ATTENTION : Vous êtes responsable de la constitution des binomes qui devront respecter les exigences du règlement de scolarité et respecter le principe de mixité

Extrait du règlement de scolarité:
L'ENSTA ParisTech est attachée à ce que ses étudiants - quels que soient leur nationalité et leur parcours académique antérieur - puissent expérimenter au cours de leur formation à l'Ecole le travail en équipe au sein de groupes composés de profils variés. Lors de la constitution des groupes dans les activités pédagogiques impliquant un travail collectif, ce principe de mixité sera donc appliqué : chaque groupe devra se composer d'étudiants présentant une diversité en genre, en nationalités et en parcours antérieurs. Les responsables des activités pédagogiques concernées veilleront à l'application de ce principe.

- Remise du rapport papier à la soutenance + envoi du rapport nom1_nom2_numérodusujet.pdf l'avant-veille à l'encadrant et en copie à jean.boisson@ensta-paris.fr

Vous pouvez réaliser le rapport en Latex ou en Word.

- Le 9 mars 2021 : Soutenance en présentiel ou visioconférence selon les conditions sanitaires (salles et composition des jurys.)

- La soutenance peut être réalisée de 2 manières différentes au choix :
-Présentation orale de 10-12 minutes suivie de questions.
-Vidéo de 5 à 10 minutes projetée le jour de la soutenance, suivie de questions.

Attention si vous choisissez la soutenance par Vidéo, vous pouvez rendre un  rapport écrit "allégé" (Introduction, problématique, figures avec légendes,  conclusion et bibliograhie).

Objectifs :

1. Généralités
Les MODEX ont pour but l'apprentissage d'une technique expérimentale sur un sujet ciblé. C'est l'occasion pour les élèves de mettre à profit leurs connaissances dans le cadre d'une démarche scientifique complète : expérience et/ou simulation numérique et/ou validation théorique,.... Les MODEX font largement appel à l'initiative des élèves. Les sujets sont principalement proposés par des chercheurs de l'Unité de Mécanique (UME) et couvrent un large panel de thématiques:
Dynamique des fluides, interaction fluide-structure, vibrations non-linéaires, acoustique, matériaux et structures, combustion, chimie et procédés.
Les sujets se déroulent pour la plupart à Palaiseau, à l'UME , à l'école Polytechnique, au CEA, et
à l'UCP. 


Les MODEX seront massés dans les 3 dernières semaines avant les vacances d'hiver. Le choix des sujets s'effectuera par les élèves avant les vacances de Noël.
Les 6 séances sont programmées sur 6 demi-journées : 

          2 février, 9 février, 16 février.

          Lundi 8 février, Lundi 15 février, Jeudi 11 février, Jeudi 18 février,


Un protocole sanitaire sera mis en place pour assurer cet enseignement dans les meilleures conditions. vous trouverez ce protocole ici .

L'ensemble des soutenances aura lieu le mardi 9  mars.

 Dans chaque groupe, un jury est constitué d'un panel d'enseignants ayant proposé les sujets.

2. Travail demandé aux élèves
Les MODEX s'effectuent par équipe de 2 élèves. Chaque binôme doit rédiger un rapport écrit de 20 pages maximum (figures et bibliographie comprises). Ce rapport  doit être impérativement remis en 2 exemplaires au jury le jour de la soutenance et l'avant-veille en fichier nom1_nom2_numérodusujet.pdf à l'encadrant et à jean.boisson@ensta-paris.fr .
Attention si vous choisissez la soutenance par Vidéo, vous êtes exempté de rapport écrit. Vous devez à la place fournir votre synopsis (lisible), vos figures et vos références.

La durée de soutenance orale est de 10-12 min (suivie de questions).
Au total, les élèves inscrits dans un MODEX doivent :
- Assister à la séance de présentation des sujets
- Effectuer leur choix de MODEX dans les délais impartis
- Assister obligatoirement aux 6 séances de 3h encadrées
- Fournir un rapport écrit dans les délais impartis
- Préparer une présentation ou une vidéo et assister à l'ensemble des présentations de leur groupe.

3. Notation
A l'issue des soutenances de chaque groupe, les enseignants se réuniront pour attribuer une note à chaque élève. La note totale (sur 100) se décompose de la manière suivante :
- Travail fourni pendant les séances encadrées : 40/100
- Rapport écrit (synopsis): 30/100
- Soutenance orale ou vidéo : 30/100

4. Vidéo (facultatif)
L'idée est de se familiariser avec le média vidéo dans le cadre scientifique. Dès lors, il s'agit de réaliser une vidéo courte (5-10 min) dans laquelle la problématique est posée, le système et les mesures sont décrites, enfin les résultats sont présentés et discutés. Il est recommandé d'utiliser les outils spécifiques au média (montage, incrustations, stop-motion,...) pour améliorer la pédagogie de la vidéo. Si vous choisissez ce moyen d'évaluation, il faudra le signaler par mail à votre encadrant et à jean.boisson@ensta-paris.fr avant la dernière séance de travail. Par ailleurs, les meilleures vidéos pourront éventuellement être diffusées si vous êtes d'accord.
Exemples de vidéos:
Tuned Mass Damper
Solar System
La gravité quantique à boucles

5. Liste des sujets de Modex proposés (descriptifs sous la liste). Il faut noter que certains de ces sujets seront encadrés en anglais.

1. Métallurgie du chocolat
2.
Rhéologie du bonbon
3. Caractérisation mécanique d'éprouvettes en TPU/TPE imprimées 3D

4. Résistance à la flexion de plaques imprimées 3D 
5. Tenue à la rupture de matériaux polymères réalisés en polycarbonate (technologie FDM) par impression 3D
6. Tenue à la rupture de matériaux polymères réalisés en résine photosensible (technologie SLA) par impression 3D 
7. Microstructure des impressions 3D métalliques :
8. Tenue thermo-mécanique des impressions 3D métalliques :
9. Soudage à l'arc MIG aluminium: aspects thermiques, aspects métallurgiques
10. Reproduction par Impression 3D des propriétés mécaniques de tissus biologiques

11. Etude de l'anisotropie de tissus biologiques
12. Mécanique du casse-noix et impression 3D
13. Etude des propriétés mécaniques du tissu osseux sous impact :
14. Mechanobiological approach to investigate tumor growth and therapy (deformatin of tumor spheroids):
15. Mechanobiological approach to investigate tumor growth and therapy (viscoelastic response of tumor spheroids):
16. Conception d'un NES :  Amortisseur à raideur Non-Linéaire.
17. Caractéristiques vibratoires d’une prothèse de sport
18. Masse ajoutée de dirigeables
19. Bille chaotique
20. Etude d'un Amortisseur à masse accordée dans une maquette d'immeuble
21. Experimental study of a turbulent jet
22. Contrôle de l'écoulement autour d'un profil d'aile
23. Portance induite par une rotation : effet "Magnus"
24. Balle sustentée par plusieurs jets libres
25. Contrôle de la portance d'un cylindre, physique de la turbo-voile
26. Aux alentours de Mach 2
27. Raz de marée

28. Instabilités et bifurcations de sillage
29. Vibrations induites par l'allée de von Karman
30. Bistabilité de sillage d'un modèle simplifié de véhicule
31. Décrochage d'un profil mince de type pale d'hélicoptère.
32. Physique des ondes de surface
33. Instabilité de Taylor-Couette, transition vers la turbulence
34. Tube à choc
35. Vidange tourbillonnaire
36. Caractérisation du sillage aérodynamique d'une frégate en soufflerie
37. Mesure de couples et caractérisation de la loi "zéro" de la turbulence
38. Mesure de vitesse par fil chaud
39. Aérodynamique des machines tournantes
40. Sédimentation d'une fibre flexible à bas nombre de Reynolds
41. Son de flûte et d'orgue
42. Acoustique des salles : comment caractériser et améliorer l'acoustique d'une salle de cours.
43. Electroaccoustique et mécanique du Haut-Parleur

44. Modèles physiques de synthèse sonore pour les jeux vidéo 
45. Drone noise 1
46. Drone noise 2
47. Ice Clock (International Physicists' Tournament)
48. Graphite Lamp (International Physicists' Tournament)
49. La rondelle qui tourne.
50. Peser un gramme en utilisant la nouvelle définition quantique du kilo?
51. Stockage d’énergie thermique et frigorifique dans des matériaux à changement de phase du type hydrates de gaz

52. Réactions multicomposants.

Descriptifs :

1. Métallurgie du chocolat
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves. Responsable : Fabien Szmytka (fabien.szmytka@ensta-paris.fr).
Descriptif : le chocolat, comme les matériaux métalliques, est sensible aux variations de températures auquel il est sujet lors de sa solidification. Le tempérage du chocolat consiste ainsi à le faire fondre et à amorcer la cristallisation de manière à obtenir des propriétés particulières pour le produit solidifié. L’objectif de ce modex sera ainsi d’étudier les cycles thermiques appliqués au chocolat (température maximale atteinte, vitesse de refroidissement, palier de température, etc) et de former des éprouvettes de flexion pour étudier ses propriétés mécaniques une fois refroidies. Il s’agira ainsi de trouver le procédé de mise en forme qui permettra d’avoir e chocolat le plus croquant possible !
Mots clés : Traitements thermiques, essais de flexion, Procédé de mise en forme

2. Rhéologie du bonbon
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves. Responsable : Fabien Szmytka (fabien.szmytka@ensta-paris.fr).
Descriptif : Les bonbons à base de gélatine doivent se déformer de manière à produire une sensation de souplesse à la dégustation. L’objectif de l’étude est de tester les propriétés mécaniques de bonbons célèbres sous forme d’ourson, d’en définir le comportement mécanique puis d’étudier l’effet de la quantité de gélatine et son type et/ou de sucre sur ce comportement en produisant vous-même les bonbons. 
Mots clés : essai de compression, modèle rhéologique, Procédé de mise en forme

3. Caractérisation mécanique d'éprouvettes en TPU/TPE imprimées 3D
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves. Responsable : Nicolas Thurieau (nicolas.thurieau@ensta-paris.fr).
Résumé : L’impression 3D polymère a fait de nombreux progrès ces dernières années avec des imprimantes permettant de produire des pièces complexes avec des résolutions très fines. Pour cette étude, vous utiliserez une imprimante multi-matériau FDM permettant de transformer des granulés de matières en produit imprimable. Il s’agira alors de tester des produits souples : le TPU et le TPE, thermoplastiques élastomères qui allient les propriétés élastiques des élastomères et les propriétés mécaniques des plastiques. Il vous faudra alors définir des éprouvettes, les imprimer, définir un plan d’expérience en traction permettant de choisir le meilleur compromis entre les différents paramètres d’impression et ensuite analyser le comportement mécanique des différentes éprouvettes.
Mots clés : fabrication additive, thermoplastique élastomère, plan d’expérience, essais de traction

4. Résistance à la flexion de plaques imprimées 3D 
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves. Responsable : Nicolas Thurieau (nicolas.thurieau@ensta-paris.fr).
Descriptif : L’impression 3D polymère a fait de nombreux progrès ces dernières années avec des imprimantes permettant de produire des pièces complexes avec des résolutions très fines. Pour cette étude, vous utiliserez une imprimante FDM permettant d’imprimer à la fois de l’acide polylactique ou PLA et de l’acrylonitrile butadiène styrène ou ABS. Il s’agira de produire une plaque qui résiste le mieux à la flexion, en jouant à la fois sur l'épaisseur, le matériau, le remplissage, l'orientation de la matière pour une taille de plaque fixée. Il vous faudra mettre au point un plan d’expérience et identifier puis analyser les modes de défaillance des plaques imprimées

Mots clés : fabrication additive, thermoplastique élastomère, plan d’expérience, essais de flexion

5. Tenue à la rupture de matériaux polymères réalisés en polycarbonate (technologie FDM) par impression 3D
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves. Responsable : Thomas Corre (thomas.corre@ensta-paris.fr)
Les procédés d'impression 3D ont une grande influence sur la microstructure des pièces produites pouvant entrainer des propriétés mécaniques anisotropes. A cette microstructure s'ajoute une histoire thermique spécifique à chaque pièce produite, due à la mise en forme et au post-traitement.  Ce modex s'appuie sur la fabrication d'éprouvettes de traction en polycarbonate (technologie FDM). Il s'agira d'étudier l'influence des paramètres du procédé sur les propriétés élastiques et viscoélastique du matériau effectivement obtenu.

6. Tenue à la rupture de matériaux polymères réalisés en résine photosensible (technologie SLA) par impression 3D 
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves. Responsable : Véronique Lazarus (veronique.lazarus@ensta-paris.fr)
Les procédés d'impression 3D ont une grande influence sur la microstructure des pièces produites pouvant entrainer des propriétés mécaniques anisotropes. A cette microstructure s'ajoute une histoire thermique spécifique à chaque pièce produite, due à la mise en forme et au post-traitement.  Ce modex s'appuie sur la fabrication d'éprouvettes de traction  en résine photosensible (technologie SLA). Il s'agira d'étudier l'influence des paramètres du procédé sur les propriétés élastiques et viscoélastique du matériau effectivement obtenu.

7. Microstructure des impressions 3D métalliques :
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves. Responsable : Baris Telmen (baris.telmen@ensta-paris.fr)
L'impression sur métal est une nouvelle technologie qui peut être utilisée à des fins de réparation et de construction de pièces simples et complexes. Cependant, les directions d'impression et ses paramètres corrélés peuvent modifier la microstructure. Pour cette étude, vous analyserez les impressions avec différents paramètres en utilisant une analyse au microscope et effectuerez des calculs sur les échantillons imprimés sur une seule paroi. Enfin, en rassemblant toutes les données, il s'agit de savoir si les caractéristiques du bain de fusion sont pertinentes à analyser sur les impressions et son effet sur la hauteur du "cladding". A partir de ces données, vous devrez ensuite trouver les meilleurs paramètres et analyser les pores sur multi-parois.

8. Tenue thermo-mécanique des impressions 3D métalliques :
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves. Responsable : Baris Telmen (baris.telmen@ensta-paris.fr)
L'impression sur métal est une nouvelle technologie qui peut améliorer les propriétés mécaniques des pièces fabriquées ou réparées. Cependant, les cycles de chauffage et de refroidissement de la pièce imprimée ont des effets considérables sur les propriétés mécaniques. De plus, le traitement thermique après les impressions a des effets considérables sur les propriétés mécaniques. Pour cette étude, vous effectuerez une procédure de test de plan à partir des normes. En utilisant ces idées, vous devrez faire des tests de traction pour trouver des propriétés mécaniques uniques et des constantes de loi de comportement. Enfin, vous devrez prévoir une corrélation entre les paramètres d'impression.

9. Soudage à l'arc MIG aluminium: aspects thermiques, aspects métallurgiques
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves. Responsable : Lahcène Cherfa (lahcene.cherfa@ensta-paris.fr).
Une opération de soudage s'accompagne d'une très forte élévation de température de l'assemblage (fusion) suivie d'un refroidissement rapide. Cela entraîne une modification de l'état microstructural, et bien souvent des propriétés mécaniques du matériau soudé. Il s'agit de réaliser des cordons de soudure à l'aide d'un robot de soudage à l'arc, avec différentes conditions opératoires. On détermine la cartographie de température en surface lors du soudage à l'aide d'une camera infrarouge. On pratique une analyse macrographique des cordons de soudure pour caractériser les hétérogénéités métallurgiques engendrées (Zone fondue, zone affectée thermiquement). Mots clé: Soudage à l'arc, thermographie infrarouge, analyse métallographique.

10. Reproduction par Impression 3D des propriétés mécaniques de tissus biologiques
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves.Responsable : Jérémy Dallard (jeremy.dallard@ensta-paris.fr). 
La fabrication additive offre une large variété de possibilité en termes de matériaux imprimables, des plus rigides aux plus souples. Cependant les comportements mécaniques de ces matériaux nécessitent d’être caractérisée, afin de les dimensionner pour reproduire les propriétés mécaniques observés dans les tissus biologiques.  Ainsi au cours de ce Modex nous chercherons successivement à :
-        Réaliser des tests de traction sur tissus biologiques
-        Réaliser des éprouvettes en utilisant différents polymères
-        Caractériser mécanique ces matériaux par des tests de traction
-        Modéliser l’essai par loi de comportement hyperélastique
-        Identifier le polymère adapté pour la reproduction des propriétés mécaniques des tissus biologiques


11. Etude de l'anisotropie de tissus biologiques
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves.Responsable : Jérémy Dallard (jeremy.dallard
@ensta-paristech.fr).
Les tissus biologiques sont connus pour avoir des réponses mécaniques fortement non-linéaires. Ces comportements s'expliquent notamment par la nature ainsi que la structuration de ces tissus conjonctifs composés d'un réseau de fibres de collagène. Le but de ce Modex est de mettre en avant expérimentalement cette anisotropie. Dans un premier temps une brève étude bibliographique sera réalisée, dans un second temps des essais de traction seront réalisés, puis, nous confronterons les résultats obtenus à la littérature. Enfin, les propriétés matériaux des différents échantillons seront évalués.
 
12.  Mécanique du casse-noix et impression 3D
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves. Responsable : Jean Boisson (jean.boisson@ensta-paris.fr).
Descriptif :  Etude, fabrication et instrumentation des différentes méthodes pour casser des noix. On pourra essayer de reproduire le comportement des noix par impression 3D, enfin on cherchera à optimiser les essais de rupture pour garder le cerneau intact.

13. Etude des propriétés mécaniques du tissu osseux :
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves.Responsable : Jean Boisson (jean.boisson@ensta-paris.fr) 

Descriptif : L'os est compose de deux parties: Une partie centrale (os spongieux), de resistance faible (en cas de fracture, il s’écrase facilement), et une partie périphérique (os compact), dense, dure et très résistante. Le but du Modex est de mettre au point des essais mécaniques d'impact ou de traction afin d'en déduire des paramètres mécaniques de la rupture des os. Dans un second temps nous verrons, si cet essais est pertinent dans l'étude des greffes osseuses.

14. Mechanobiological approach to investigate tumor growth and therapy (deformatin of tumor spheroids):
Lieu : Equipe – Physical Microfluidics and Bioengineering, Institut Pasteur, Paris. 2 élèves.Responsable : Shreyansh Jain (shreyansh.jain@pasteur.fr) 

Cells have been shown to sense and respond to their microenvironment using different mechanical cues like the rigidity of their surrounding, geometrical topographies, physical confinements and external mechanical forces. Recent advances in the understanding of cancer mechanobiology have opened up new potentials to control and reduce tumor growth. Healthy tissues upon their transformation into cancer result in their altered level of mechanosensitive proteins which further impairs their ability to respond and adapt to the external mechanical cues . Studies show that subjecting these cancer cells to externally imposed forces can result in their apoptosis and thereby could potentially reduce tumor size. Most of these studies however implemented a 2-dimensional (2D) setup to generate these external forces, but in physiological conditions, these force patterns must be induced in a 3D environment.
In this subject, we will use analytical and experimental tools to characterize the deformations produced in a microfluidic device developed recently in our lab. Such a microfluidic device is loaded with tumor spheroids to generate deformations. We will couple the physical deformation in our device to the deformation induced in the tumor spheroids and characterize the final strain produced in spheroids for different input parameters in the device.

15. Mechanobiological approach to investigate tumor growth and therapy (viscoelastic response of tumor spheroids):
Lieu : Equipe – Physical Microfluidics and Bioengineering, Institut Pasteur, Paris. 2 élèves.Responsable : Shreyansh Jain (shreyansh.jain@pasteur.fr) 

Cells have been shown to sense and respond to their microenvironment using different mechanical cues like the rigidity of their surrounding, geometrical topographies, physical confinements and external mechanical forces. Recent advances in the understanding of cancer mechanobiology have opened up new potentials to control and reduce tumor growth. Healthy tissues upon their transformation into cancer result in their altered level of mechanosensitive proteins which further impairs their ability to respond and adapt to the external mechanical cues . Studies show that subjecting these cancer cells to externally imposed forces can result in their apoptosis and thereby could potentially reduce tumor size. Most of these studies however implemented a 2-dimensional (2D) setup to generate these external forces, but in physiological conditions, these force patterns must be induced in a 3D environment.
In this subject, we will characterize and study the viscoelastic response of tumor spheroids at long-time scales based on the deformation produced in the spheroids for various compressive loads. Further, we will use different tumor spheroids based on their metastatic potential (MCF-10A / MCF-7/ MDA-MB-231) and compare their rheological properties.

16. Conception d'un NES :  Amortisseur à raideur Non-Linéaire.
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves. Responsable
:  Bastien Cadiou (bastien.cadiou@onera.fr)
Descriptif : Depuis une dizaine d’année, les absorbeurs non-linéaires, communément connus sous le nom de NES (Nonlinear Energy Sink), ont été le sujet de nombreuses études sur la dynamique non-linéaire dans le but de contourner les limites d’un TMD (Tuned Mass Damper) (rapport de masses ajouté 10%). La substitution d’une raideur linéaire par une raideur essentiellement non-linéaire permet au NES de ne pas avoir de fréquence propre et ainsi, de s’adapter à la structure initiant le transfert d’énergie irréversible vers l’absorbeur pour un rapport de masse de seulement 1% à partir d’un certain niveau d’énergie. Des modèles analytiques du comportement dynamique du NES ont montré un vrai potentiel pour transférer l’énergie pour un faible rapport de masses avec un jeu de paramètres optimal des raideurs et coefficients d’amortissement.

17.  Caractéristiques vibratoires d’une prothèse de sport
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves. Responsable : Elodie Doyen (elodie.doyen@ensta-paris.fr).
Le saut en longueur est une des épreuves de l’athlétisme paralympique. Les athlètes amputés des membres inférieurs, notamment les amputés tibiaux, qui y participent sont appareillés avec des prothèses que l’on appelle « lame ». L’objectif de ce modex est d’étudier les réponses de ces lame en fibre de carbone à des sollicitation vibratoires (chocs ou vibrations forcées).

18. Masse ajoutée de dirigeables
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves.Responsable : Robin Lemestre (robin.lemestre@ensta-paris.fr).

Contrairement aux avions, les dirigeables ont une inertie structurelle du même ordre de grandeur que celle du fluide environnant. Il en résulte des forces dites de masse ajoutée que nous essayerons de caractériser. Pour cela, nous ferons vibrer des maquettes dans un fluide lourd (eau). Ensuite, selon leur souhait, les étudiants pourront étudier les effets propres aux ailerons ou se concentrer sur les effets de fluides présentant une plus grande viscosité que l'eau.

19. Bille chaotique
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves. Responsable : Pierre Philippe Cortet (ppcortet_fast.u-psud.fr).
On explore la dynamique d'une bille rebondissant sur un plateau vibrant. Grâce à l'analyse numérique de films pris à la caméra rapide, on découvre que cette dynamique fait apparaître une série de bifurcations qui conduit le système vers un état chaotique. On pourra comprendre théoriquement et modéliser numériquement cette transition vers le chaos.

20. Etude d'un Amortisseur à masse accordée dans une maquette d'immeuble
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves. Responsable :  Alexandre Pécheux (alexandre.pecheux@onera.fr)
Descriptif : Couramment utilisés dans l’industrie du fait de leur facilité de mise en place et des modèles analytiques solides, les absorbeurs de vibrations linéaires sont présents dans plusieurs domaines, passant de l’ingénierie civile à celle du transport. Ces derniers consistent en l’ajout d’un oscillateur couplé linéairement en displacement et en vitesse à la structure à amortir (raideur et amortissement linéaires). L’objectif de ce projet est d'étudier le mouvement d'une structure primaire soumise à un amortisseur à masse accordée classique : un pendule
. On pourra modifier les propriétés de l'amortisseur afin de comprendre l'influence qu'ils ont sur la dynamique du système.










21. 
Experimental study of a turbulent jet
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves. Responsable : 
Carmen Riveiro Moreno (riveiro.morenocarmen@gmail.com)
Descriptif : Jet flows belong to a broader class of free shear flows that are found in several applications such as aircraft engines and combustion chambers. Understanding their evolution and transition to turbulence is essential to control jet noise and improve combustion efficiency. In this project, a turbulent round jet will be explored using hot wire anemometry and different aspects of a turbulent shear layer will be studied such as characteristics of the exiting boundary layer, spreading of the shear layer etc. It will give a first-hand experience at conducting physical experiments, calculating associated measurement uncertainties, along with giving insights into the physics of jets as well as turbulence.

22. Contrôle de l'écoulement autour d'un profil d'aile
Lieu : Ecole Polytechnique, Palaiseau. 2 élèves. Responsable :
William Gilbert (gilbert@lms.polytechnique.fr).
A notre disposition un profil NACA 0020 de corde 10cm et d'envergure 20 cm, une soufflerie de dimension de veine 20*30*40 cm dans laquelle on peur faire varier la vitesse de l'écoulement de 5 à 25 m/s. Comment améliorer les caractéristiques (traînée et/ou portance) de base d'un profil simple?

23. Portance induite par une rotation : effet "Magnus"
Lieu : Ecole Polytechnique, 2 élèves. Responsable : William Gilbert (gilbert@lms.polytechnique.fr).
A notre disposition un cylindre de diamètre 4 cm et de hauteur 15 cm, une soufflerie de dimension de veine 15*15*60 cm dans laquelle on peur faire varier la vitesse de l'écoulement de 5 à 24 m/s. On étudiera l'écoulement autour d'un cylindre en rotation ( 0 à 10000 tr/min) pour comprendre l'effet Magnus.

24. Balle sustentée par plusieurs jets libres
Lieu : Ecole Polytechnique, Palaiseau. 2 élèves. Responsable : 
Thierry Pichon (pichon@ensta-paris.fr).
A notre disposition une boite, munie de trous régulièrement espacés, reliée à une alimentation en air comprimé dont on peut faire varier le débit, plusieurs balles de diamètres et de poids différents. Le but de ce modex est de décrire les écoulements et les trajectoires prises par une balle soumise à ces écoulements.

25. Contrôle de la portance d'un cylindre, physique de la turbo-voile
Lieu : Ecole Polytechnique, 2 élèves. Responsable : Thierry Pichon (pichon@ensta-paris.fr).
A notre disposition un cylindre de diamètre 4 cm et de hauteur 20 cm, une soufflerie de dimension de veine 20*30*70cm dans laquelle on peur faire varier la vitesse de l'écoulement de 5 à 20 m/s. Comment peut on contrôler l'écoulement pour augmenter la portance de ce cylindre?

26. Aux alentours de Mach 2
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves. Responsable : Reynald Bur (reynald.bur@onera.fr).
Les écoulements à grande vitesses engendrent des perturbations liées à la compressibilité de l’écoulement . Afin de connaître le mécanisme de formation et de déplacement des ondes de chocs liées à ce type d’écoulements on réalisera des essais dans une soufflerie à Mach 2 sur des maquettes de forme diverses 


 
27. Raz de marée
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves. Responsable : François Lusseyran (francois.lusseyran
@limsi.fr)
Le MODEX se déroule en plusieurs séances autour du canal à houle de l'ENSTA Palaiseau et concerne l’étude de phénomènes marins. Il s’adresse à des étudiants ayant un intérêt pour les sciences de l’environnement. L’onde solitaire (soliton) généralement appelée raz de marée ou tsunamis est provoquée par des éboulements sous-marins ou des mouvements du plancher océanique. On propose de générer un soliton et de le faire déferler.

28. Instabilités et bifurcations de sillage
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves. Pierre Philippe Cortet (ppcortet
@fast.u-psud.fr).
Un cylindre est placé dans une veine hydrodynamique assurant un écoulement uniforme. À partir de visualisations et de mesures du champ de vitesse, on étudie le scénario de bifurcations de l'état de base stationnaire observé à  bas nombre de Reynolds vers l'état turbulent observé grand nombre de Reynolds. On dispose d'un système de vélocimétrie par images de particules (PIV) pour la mesure des champs de vitesse et d'un système d'injection de colorants contrôlée par une pompe péristaltique pour les visualisations.

29. Vibrations induites par l'allée de von Karman
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves. Responsable :
Till Zuerner (till.zuerner@ensta-paris.fr)
On étudie dans ce modex le mouvement oscillant naturel d'une structure placée sous écoulement permanent dans un canal à surface libre. Ce cylindre - couplé à un réseau de ressorts - se met spontanément à osciller à partir d'une certaine vitesse sous l'influence des tourbillons de sillage. En plus de la compréhension de l'origine du mouvement oscillatoire, on se posera la question de la tenue d'un tel dispositif, de son amortissement et des méthodes de récupération d'énergie applicables dans ce système. 

30. Bistabilité de sillage d'un modèle simplifié de véhicule
Lieu : Palaiseau. 2 élèves. Responsable : 
Responsable : Luc Pastur (luc.pastur@ensta-paris.fr)
Le corps d'Ahmed est un corps élancé qui est de la forme simplifiée d'un véhicule terrestre (camion, voiture). Le sillage de ce corps montre un bistabilité gauche-droite ou haut-bas qui dépend de son rapport d'aspect et de la garde au sol. Dans ce modex vous mettrez en évidence cette bistabilité avant d'étudier la transition entre les deux états et d'essayer de la relier aux renversements du champ magnétique qui ont lieu au sein du soleil.

31. Décrochage d'un profil mince de type pales d'hélicoptère.
Lieu : Palaiseau. 2 élèves. Responsable : 
Responsable : Luc Pastur (luc.pastur@ensta-paris.fr)
En aérodynamique, le décrochage est la perte de portance d’un avion ou d'une surface (aile, pale de rotor, voilier, etc.) due à un angle d'incidence trop important (supérieur à l'incidence de décrochage). En vol horizontal, le décrochage d'un avion survient lorsque la vitesse passe en dessous de sa vitesse minimale (dite vitesse de décrochage). Il subit alors une soudaine perte d'altitude qui peut être fatale à faible hauteur. Mais le décrochage peut survenir à vitesse plus élevée dès que, sous l'effet du facteur de charge en virage ou en ressource, l'angle d'incidence dépasse l'incidence de décrochage (décrochage dynamique). Le décrochage peut aussi concerner les pales du rotor d’un hélicoptère (décrochage rotor) ou les ailettes du compresseur d'un réacteur (décrochage compresseur) provoquant le pompage du réacteur. Dans ce modex, vous étudierez le décrochage d'un profil mince en utilisant les effet de cavitation dans une veine hydrodynamique.

32. Physique des ondes de surface
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves. Responsable : Paul Billant (paul.billant@polytechnique.edu)
Dans ce modex vous étudierez la physique des ondes de surface d'un liquide dans un canal à surface libre. En modifiant l'écoulement vous pourrez étudier les différents régimes torrentiel et fluvial et comprendre l'intéraction entre les vagues et le champ de vitesse en profondeur.

33. Instabilité de Taylor-Couette, transition vers la turbulence
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves. Responsable : Paul Billant (paul.billant@polytechnique.edu)
Dans ce MODEX, on s'intéresse à l'écoulement entre deux cylindres concentriques pour lequel le cylindre intérieur est en rotation. Dans cet écoulement dit de Taylor-Couette vous mettrez en évidence par des mesures de Vélocimétrie par effet Doppler Laser la complexification de l'écoulement avec une succession de bifurcations
symptomatiques de la transition vers la tubulence en mécanique des fluides.

34. Tube à choc
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves. Responsable : Marica Pelanti (marica.pelanti
@ensta-paris.fr).
Ce module expérimental porte sur une étude expérimentale et numérique de la propagation d'une onde de choc plane dans un tube. La mesure de la vitesse du choc expérimentale est comparée avec les résultats théoriques et numériques. Pour les simulations numériques 1D on utilise le logiciel CLAWPACK (avec interface Matlab pour la visualisation). Bonne connaissance Matlab requise.

35. Vidange tourbillonnaire
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves.Responsable : Aurore Caquas (aurore.caquas
@ensta-paris.fr)
Descriptif :
La vidange d'un récipient est décrite par la célèbre loi d'Evangelista Torricelli, que l'on peut interpréter de façon moderne comme la transformation de l'énergie potentielle de la colonne d'eau en énergie cinétique du jet de vidange. Lors de la vidange, il peut cependant arriver qu'un tourbillon se forme, comme cela est communément observé dans une baignoire qui se vide, ou, à plus grande échelle, lors de la vidange de lacs de centrales hydroélectriques. Une question peu documentée porte sur les modifications qu'entraîne la présence du tourbillon sur la loi de Torricelli.
Ce modex a pour double objectif de mettre à l'épreuve la loi de Torricelli dans le cas d'une vidange simple puis d'une vidange tourbillonnaire.

36. Caractérisation du sillage aérodynamique d'une frégate en soufflerie
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves.Responsable : 
Bachar Mallat Khaddaj  (bachar.khaddaj-mallat@ensta-paris.fr)
Descriptif : 
Ce MODEX porte sur l’étude, en soufflerie, du sillage aérodynamique de bâtiments de surface de type frégate. On mettra en évidence la dynamique bi-stable du sillage aérodynamique, qui peut être problématique dans les opérations d'appontage d'hélicoptères à cause des inversions d'efforts latéraux qui résultent des renversements du sillage. On étudiera l'effet stabilisateur de volets fixes disposés périmétriquement à l'arrière du poste de commandement sur la dynamique bi-stable du sillage.

37. Mesure de couples et caractérisation de la loi "zéro" de la turbulence
Lieu : CEA SACLAY. 2 élèves. Responsable :
Damien Geneste  (damien.geneste@cea.fr)
La dissipation adimensionnée semble tendre vers une constante pour des grands nombres de Reynolds. Ce résultat est également indépendant de la géométrie. On se propose dans ces travaux pratiques de caractériser cette loi à travers un écoulement particulier. Nous disposons d'une expérience composée d'un cylindre vertical rempli d'eau et mis en mouvement par des pales fixées en haut et en bas tournant en sens opposés.
Complément: Travail autour du théorème de Buckingham. Caractérisation de la dissipation adimensionnée en fonction du Reynolds basée uniquement sur des mesures de couple et de vitesse de rotation. i) avec différents types de pales ii) Avec le même type de pales dans deux expériences différentes mais de même rapport d'aspect.

38. Mesure de vitesse par fil chaud
Lieu : CEA SACLAY. 2 élèves. Responsable :
Damien Geneste  (damien.geneste@cea.fr)
La cascade turbulente est une théorie éprouvée depuis de nombreuses années en mécanique des fluides. Nous nous proposons dans ces travaux pratiques de caractériser cette loi de transfert d'énergie inter-échelles à travers un écoulement particulier et à l'aide d'un fil chaud.
Nous disposons d'une expérience composée d'un cylindre vertical rempli d'eau et mis en mouvement par des pales fixées en haut et en bas tournant en sens opposés.  Compléments: caractérisation de la cascade de Taylor en exploitant l'hypothèse de Taylor (frozen turbulence hypothesis). Mesure fil chaud 1D.

39. Aérodynamique des machines tournantes
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves. Responsable : Lisa Sicard (lisa.sicard@ensta-paris.fr)

Descriptif  : Ce MODEX propose d’étudier expérimentalement le phénomène de décrochage aérodynamique sur un profil d’aile en soufflerie. La particularité du montage proposé est que l’aile est oscillante, permettant ainsi une analyse du décrochage dynamique présent lors d’écoulements autour de machines tournantes telles que les éoliennes ou les hélicoptères. Ce phénomène générant du bruit audible qui peut devenir nuisible comme les modulations d’amplitude de bruit des éoliennes, l'objectif sera de caractériser l’écoulement autour du profil dans un régime correspondant au fonctionnement des éoliennes.

40. Sédimentation d'une fibre flexible à bas nombre de Reynolds
Lieu : Ladhyx Ecole Polytechnique Palaiseau. 2 élèves. Responsable : Ursy Makanga (ursy.makanga@polytechnique.edu)
Descriptif  :  La dynamique d'une fibre dans un fluide visqueux est d'une importance capitale dans plusieurs applications industrielles telles que l'exploration d'hydrocarbures, l'industrie du textile et la fabrication des feuilles de papier. Différentes études théoriques et expérimentales ont été menées et ont abouti des résultats bien connus tels que la dérive latérale observée lors de la sédimentation d'une fibre rigide, ou dans la direction opposée lorsqu'elle est transportée par un écoulement dans un milieu confiné. La flexibilité de la fibre peut considérablement modifier ces états macroscopiques lorsqu'elle est soumise à un champ gravitationnel. L'objectif de ce projet est d'étudier la dynamique de la fibre flexible en sédimentation dans un fluide au repos à bas nombre de Reynolds. Il s'agira de caractériser expérimentalement son comportement macroscopique en fonction de sa rigidité dans une première phase puis, dans une seconde phase, comparer ces résultats avec des simulations numériques via un code dédié aux écoulements de Stokes développé en interne au LadHyX.

41. Son de flûte et d'orgue
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves. Responsable : François Lusseyran (francois.lusseyran@limsi.fr).
Plusieurs géométries d'écoulement sont capables de produire un son à fréquence discrète, à condition qu'un jet interfère avec la frontière solide d'un obstacle. C'est ce qui se produit avec les sons éoliens produits par le vent sur des structures de toutes sortes. Dans les instruments de musique, le son de biseau ou edge tone est fréquemment utilisé pour initier le phénomène vibratoire (flûte à bec, tuyau d'orgue). Après avoir validé le banc d'essai du Labo en retrouvant certains résultats classiques de la littérature, nous chercherons plus particulièrement à obtenir :
- La localisation des tourbillons dans l'intervalle buse-biseau et également de part et d'autre de ce dernier.
- Les longueurs d'onde « hydrodynamiques » pour accéder aux vitesses de phase de la perturbation dans le jet.

42. Acoustique des salles : comment caractériser et améliorer l'acoustique d'une salle de cours.
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves. Responsable : Karsten Plamann (karsten.plamann@ensta-paris.fr)
L'objectif de ce MODEX est d'étudier expérimentalement les caractéristiques acoustiques d'une salle de cours, et de proposer des améliorations pour l'utilisation de cette salle dans un contexte donné: organisation d'un concert, d'une pièce de théâtre, prise de son, etc. Pour cela les étudiants mesureront dans un premier temps quelques grandeurs caractéristiques de la salle: modes de salle, réponse impulsionnelle, temps de réverbération, etc.. Dans un deuxième temps, ils proposeront des améliorations qui pourront être testées à l'aide du logiciel de simulation CATT Acoustic, ou directement dans la salle si le matériel est disponible.








43. Electroaccoustique et mécanique du Haut-Parleur
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves. Responsable : Olivier Doaré (olivier.doare@ensta-paris.fr)
Descriptif : Au cours de ce modex, nous étudierons le fonctionnement mécanique des haut-parleurs. A partir de modélisations se déduisant directement des cours de mécanique de l'ENSTA, nous prédirons ses principales caractéristiques électro-mécaniques et son rendement acoustique. Forts de cette compréhension, nous proposerons et réaliserons un design original d'enceinte acoustique.

44. Modèles physiques de synthèse sonore pour les jeux vidéo (x2 possible)
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves. Responsable : Olivier Doaré (olivier.doare@ensta-paris.fr)
Pour immerger le joueur dans le monde virtuel d'un jeu vidéo, le moteur du jeu doit être à la fois visuellement et auditivement réaliste. La quasi-totalité des sons produits dans les jeux sont des échantillons sonores issus d'enregistrements de vrais sons. Au contraire, dans ce modex nous travaillerons sur les lois physiques qui régissent un son particulier et l'implémenterons sous forme de synthèse temps réel dans un environnement de développement de jeu vidéo. En travaillant sur les bruits de chocs, nous commencerons dans un premier temps par des expériences visant à identifier les paramètres sonores importants pour un rendu réaliste.

45. Drone noise 1
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves. Responsable : Hari Vemuri (hari.vemuri @ensta-paris.fr)
Small flying objects such as drones or urban air vehicles are becoming more and more popular in cities, and can be a source of annoyance due to the noise they radiate. In this project, the students will characterize the tonal and broadband noise radiated by drones in hover and in forward flight. Measurements of sound power and directivity will be performed both in controlled and in real conditions. Several noise reduction techniques (blade tripping, modification of drone geometry, addition of absorbing materials) will be investigated. 

46. Drone noise 2
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves. Responsable : Benjamin Cotte (benjamin.cotte@ensta-paris.fr)
Small flying objects such as drones or urban air vehicles are becoming more and more popular in cities, and can be a source of annoyance due to the noise they radiate. In this project, the students will characterize the tonal and broadband noise radiated by drones in hover and in forward flight. Measurements of sound power and directivity will be performed both in controlled and in real conditions. Several noise reduction techniques (blade tripping, modification of drone geometry, addition of absorbing materials) will be investigated. 

47. Ice Clock (International Physicists' Tournament)
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves.Responsable : Romain Monchaux (romain.monchaux@ensta-paris.fr).
An ice cube inside a mix of vegetable oil and baby oil will remain between the two liquids because of its density. As the ice cube melts and releases trapped bubbles, it goes up and down periodically in an intriguing way. Can this experiment be turned into a clock? What would be its longevity and precision? Optimize the setup parameters (shape, temperature, composition, length scales, etc.) to obtain the maximal clock precision. https://iptnet.info/problems/

48. Graphite Lamp (International Physicists' Tournament)
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves.Responsable : Romain Monchaux (romain.monchaux@ensta-paris.fr).

Devise the most energy efficient lamp possible using the graphite rod from a pencil. Investigate how the intensity and duration of the light depend on the hardness of the graphite and other relevant parameters.

49. La rondelle qui tourne.
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves.Responsable : Romain Monchaux (romain.monchaux@ensta-paris.fr).
A washer on a vertical steel rod may start spinning instead of simply sliding down. Study the motion of the washer, the sliding-spinning transition, and determine the terminal velocity. https://youtu.be/oD6yxsCkkpg

50. Peser un gramme en utilisant la nouvelle définition quantique du kilo?
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves.Responsable : Jérome Pérez (jerome.perez@ensta-paris.fr)
Description : Depuis le 20 mai 2019 le kilo est défini en fixant la valeur numérique de la constante de planck h, égale à 6,626 070 15 × 10−34 J.s, unité égale à kg.m2 s−1 . En utilisant une balance de Kibble vous mettrez en application cette nouvelle définition quantique du vieux kilogramme et rendrez-compte des différentes erreurs liées à cette mesure en déterminant la masse d'un objet de quelques grammes.

51. Stockage d’énergie thermique et frigorifique dans des matériaux à changement de phase du type hydrates de gaz
Lieu : UCP ENSTA Palaiseau. 2 élèves.Responsable : Didier Dalmazzone (didier.dalmazzone@ensta-paris.fr)
Les hydrates de gaz se forment par l'insertion au niveau moléculaire de gaz dans une structure cristalline aqueuse, ce qui leur confère des propriétés différentes de celles de la glace d'eau pure. Dans ce sujet, on se propose d'utiliser les hydrates de CO2 comme matériau à changement de phase pour stocker, transporter et distribuer du froid dans des installations frigorifiques industrielles. La forte chaleur latent de fusion de ces hydrates doit permettre d'améliorer l'efficacité énergétique du dispositif, tandis que la possibilité de stocker du froid "positif" (> 0 °C) offre des perspectives d'applications multiples en climatisation, en conservation de denrées fragiles ou de médicaments, etc.

52. Réactions multicomposants.
Lieu : UME ENSTA Palaiseau. 2 élèves.Responsable : Pascal Dievart (pascal.dievart@ensta-paris.fr )
Malgré la décarbonisation souhaitée des énergies utilisées pour la mobilité, les énergies carbonées, fossiles ou non, resteront néanmoins utilisées dans de nombreux secteurs. Il est donc primordial de continuer à mieux comprendre comment ces carburants s’oxydent et se décomposent pour limiter leur empreinte environnementale. D’autant plus que parmi les molécules présentes dans ces carburants, certaines d’entre elles intéressent d’autres filières. C’est le cas des cyclo-alcanes (cyclohexane, décaline) qui sont considérés comme de prometteuses plateformes de transport chimique de l’hydrogène. Aussi est-il nécessaire, pour des raisons de sécurité, de disposer de modèles fiables de réactivité en phase gazeuse afin d’anticiper et prévenir tout risque d’incendie/explosion associés à l’utilisation massive de ces molécules. Les outils de chimie quantique et de cinétique chimique peuvent permettre d’identifier les voies de décomposition et d’oxydation préférentielles de la décaline, et de déterminer les paramètres nécessaires à l’élaboration d’un modèle cinétique d’oxydation en fonction de la température et de la pression.


Mise à jour : J. Boisson, le 9 décembre 2020