Etude de l'influence de forts gradients de température sur la strucure de la turbulence. Les écoulements étudiés sont des jets annulaires verticaux obtenus à la sortie d'un brûleur. Dans la partie centrale, deux types de flamme, flamme turbulente et flamme laminaire pemettent de chauffer l'écoulement annulaire. On écrit les équations statistiques de continuité, de quantité de mouvement et d'enthalpie. Les mesures sont effectuées par anémothermométrie à fil chaud. déterminations des spectres de température, des tensions de Reynolds et des densités de flux de chaleur turbulent. On en déduit les coefficients de diffusivité cinématique et thermique de la turbulence ainsi que le nombre de Prandtl de la turbulence.
ETUDE DES EFFETS DE FORTS GRADIENTS DE TEMPERATURE SUR LA STRUCTURE DE LA TURBULENCE D'UN JET ANNULAIRE CHAUFFE PAR DEUX FLAMMES DE NATURE DIFFERENTE. CAS OU L'ECOULEMENT EST LEGEREMENT CHAUFFE SANS FLAMME, LA CHALEUR SE COMPORTANT COMME UN CONTAMINANT PASSIF ET CAS OU L'ECOULEMENT EST FORTEMENT CHAUFFE
Cette étude a été l'occasion d'étudier les effets liés à la présence d'un cisaillement particulier de l'écoulement moyen sur le phénomène d'interaction choc/turbulence. Dans un premier temps, un outil de calcul performant et modulaire fondé sur une approche orientée objet a été développé afin de réaliser des simulations numériques directes de ce type d'écoulement. L'utilisation de schémas numériques à capture de choc et d'ordre élevé de type WENO ont permis une résolution fidèle des équations de Navier-Stokes compressibles. Dans un deuxième temps, une analyse poussée des effets de ce type de cisaillement sur la turbulence en l'absence de choc a été réalisée. Cette première étude a été l'occasion de dégager l'influence de plusieurs paramètres influents pour cette configuration d'écoulement. Enfin, dans un dernier temps, l'étude du phénomène d'interaction choc/turbulence cisaillée en présence de gradients moyens de température et de masse volumique a permis de souligner l'activation de phénomènes physiques caractéristiques à cette configuration. Ce travail permet également d'apporter une base de données de résultats susceptible d'être confrontée avec les modèles de turbulence et constitue un point de vue intéressant pour l'étude du phénomène d'interaction choc/couche limite.
La compréhension des écoulements turbulents en aval d'un cylindre circulaire horizontal, soumis à un écoulement d'air transverse et en présence d'importants effets de flottabilité, constitue l'objectif principal de ce présent mémoire. Les approches expérimentale et numérique (DNS) sont utilisées afin de compléter les connaissances des mécanismes d'instabilité tourbillonnaire en régime de convection mixte. En dehors de la perte de symétrie du sillage induit par les effets de pesanteur, l'écoulement étudié ici est caractérisé par le développement de deux instabilités principales. Au niveau de la couche de cisaillement inférieure on assiste au développement d'instabilités intermittentes de Kelvin-Helmholtz. Nous montrons qu'en présence d'effets de gravité importants la transition vers la turbulence est accélérée dans cette région de l'écoulement. A l'arrière du cylindre un écoulement secondaire apparaît sous l'effet des forces de pesanteur. Cet écoulement est le lieu d'importants mouvements tridimensionnels tant sur le plan moyen que fluctuant et donne naissance à des dipôles de vorticité caractéristiques. Ces structures se forment dans la partie supérieure du sillage et évoluent librement au niveau de l'écoulement principal ou s'apparient avec les structures tourbillonnaires du sillage turbulent. Finalement, en présence d'effets de gravité non négligeables, on assiste à un enrichissement du spectre des structures turbulentes et à une augmentation des composantes tridimensionnelles du champ dynamique. Dans ces conditions la température agit comme un scalaire actif capable d'accélérer la transition vers la turbulence.
L'UN DES FACTEURS LIE AU DECLENCHEMENT DE LA TURBULENCE EN CIEL CLAIR EST UN CISAILLEMENT IMPORTANT DU A DES FORTS GRADIENTS VERTICAUX DE VENT DANS UN FLUIDE STABLE. LE BUT PRINCIPAL ETAIT D'ETUDIER SUR UN MODELE DE LABORATOIRE, DES CONDITIONS DE DECLENCHEMENT DE LA TURBULENCE DANS LES ECOULEMENTS LIBRES STRATIFIES ET D'ESSAYER DE TROUVER DES CORRELATIONS SEMI-EMPIRIQUES ENTRE LES CONDITIONS INITIALES DONNANT NAISSANCE A LA TURBULENCE ET LES CARACTERISTIQUES DE CELLE-CI. COMME PREMIERE ETAPE, LE BUT A ETE L'ETUDE STRICTEMENT DYNAMIQUE (SANS STRATIFICATION THERMIQUE) DES CONDITIONS DE DECLENCHEMENT ET DE LA STRUCTURE D'UN ECOULEMENT TURBULENT, QUASI-BIDIMENSIONNEL, ETABLI DANS UN CANAL, CREE PAR DES PERTES DE CHARGES A L'ENTREE. POUR LA CREATION DE CES DERNIERES ET LA REALISATION DES PROFILS DES V, ON A UTILISE PLUSIEURS DISTRIBUTIONS GEOMETRIQUES DE GRILLAGE A MAILLES FINES, ET ON S'EST PLACE A LA SORTIE D'UN JET LIBRE SE DEVELOPPANT DANS UN CANAL BIDIMENSIONNEL. INTERPRETATION ET SYNTHESE DES RESULTATS.
L'ETUDE DE LA PHYSIQUE DE L'ATMOSPHERE MONTRE L'IMPORTANCE DE CERTAINS PARAMETRES CARACTERISTIQUES DE LA TURBULENCE ATMOSPHERIQUE, COMME L'ECHELLE EXTERNE DES PLUS GROS TOURBILLONS, SUR LA PROPAGATION DE LUMIERE EN MILIEU TURBULENT. LA CONNAISSANCE DE L'ECHELLE EXTERNE EST FONDAMENTALE DANS BEAUCOUP D'APPLICATIONS EN ASTRONOMIE A HAUTE RESOLUTION ANGULAIRE LORSQUE LA TAILLE DES TELESCOPES DEVIENT COMPARABLE A CELLE DE L'ECHELLE EXTERNE. LORS DE LA CAMPAGNE DU SITE CERRO PARANAL AU CHILI, LES MESURES DE L'ECHELLE EXTERNE DE LA TURBULENCE OPTIQUE ONT CONFIRME QUE SA TAILLE ETAIT EN MOYENNE INFERIEURE A QUELQUES METRES. A PARTIR DE CES RESULTATS, UNE EXPLICATION GEOPHYSIQUE A ETE PROPOSEE A L'EXISTENCE DE CETTE PETITE ECHELLE EXTERNE, MONTRANT QU'IL FAUT BIEN DISSOCIER LA TURBULENCE DITE DE TEMPERATURE, DE LA TURBULENCE DYNAMIQUE. AFIN D'APPROFONDIR NOS CONNAISSANCES SUR LA PHYSIQUE DE L'ATMOSPHERE, UNE NOUVELLE TECHNIQUE BASEE SUR L'ETUDE DE LA SCINTILLATION A ETE DEVELOPPEE ET TESTEE EN LABORATOIRE. POUR CE FAIRE, IL A FALLU RECREER LES CONDITIONS DE TURBULENCE EN ATMOSPHERE EN SIMULANT MECANIQUEMENT UNE COUCHE TURBULENTE. LE PRINCIPE DE CETTE TECHNIQUE CONSISTE A DEPLACER ASTUCIEUSEMENT LE PLAN D'ANALYSE DANS ATMOSPHERE AFIN D'EFFACER OU DE DETECTER LA SCINTILLATION PRODUITE PAR UNE COUCHE TURBULENTE. EN APPLICATION CETTE METHODE AU SCIDAR ACTUEL, ON POURRA RECONSTRUIRE LE PROFIL DE TURBULENCE ET DETERMINER LA VITESSE DES COUCHES TURBULENTES, DEPUIS LE SOL JUSQU'A L'INFINI. CE SCIDAR EVOLUE EST APPELE SCIDAR GENERALISE
L'hydrodynamique à deux dimensions est d'un intérêt majeur pour la compréhension des phénomènes atmosphériques divers comme la formation de structures tels les cyclones ou les ouragans. La convection thermique comme moteur est probablement essentielle. Depuis quelques années déjà, les films de savon représentent un outil idéal dans le cadre de l'étude de la turbulence à deux dimensions. Le sujet de cette thèse est l'étude de la convection thermique dans une demi-bulle de savon. Le gradient thermique entre l'équateur et le pôle en- gendre une turbulence autour de l'équateur et donne naissance à des struc- tures tourbillonnaires uniques de grandes tailles proches du pôle. Ces tour- billons évoluent de manière aléatoire à la surface de la demi-bulle. Je me suis donc intéressée à la caractérisation du mouvement de ces structures. L'étude du déplacement quadratique moyen du centre du tourbillon montre une loi d'échelle qui illustre un comportement super-di?usif. Au-delà d'une analogie qualitative de nos vortex avec les structures de grandes échelles tels les cy- clones, nous avons mis en évidence une dynamique identique à nos tourbillons pour les ouragans et cyclones, à savoir un comportement super-di?usif. Une étude de la turbulence engendrée par la convection thermique a éga- lement été réalisée. Plus particulièrement, nous avons étudié les ?uctuations d'épaisseur mais aussi du champ de vitesse et de température. En ce qui concerne l'épaisseur, les résultats obtenus sont en accord avec la théorie concernant la turbulence strati?ée. Parallèlement, la température présente une transition étonnante d'un comportement intermittent pour les gradients de température faible, à un comportement non intermittent lorsque l'on accroît le gradient de tempéra- ture. Cette dynamique est corrélée avec celle du champ de vitesse qui montre également cette transition.
ETUDE THEORIQUE DES CHAMPS TURBULENTS NON HOMOGENES. ETUDE DE L'ECOULEMENT TURBULENT ETABLI DANS UNE CONDUITE RECTANGULAIRE TRES ALLONGEE. ETUDE DE LA REGION AU VOISINAGE PROCHE DE LA PAROI. ETUDE EXPERIMENTALE PAR ANEMOMETRIE A FIL CHAUD. DETERMINATION DES VITESSES MOYENNES, FLUCTUATIONS LONGITUDINALES DE VITESSE, DENSITES SPECTRALES ET CORRELATIONS, DENSITES DE PROBABILITE
CE TRAVAIL S'INSCRIT DANS LE CADRE DE LA MODELISATION DES ECOULEMENTS TURBULENTS COMPRESSIBLES ET INSTATIONNAIRES, EN PRESENCE DE FORTS GRADIENTS DE DENSITE, RENCONTRES DANS LA FUSION PAR CONFINEMENT INERTIEL. LE COMPORTEMENT EXTREMEMENT INSTATIONNAIRE DES ECOULEMENTS ABORDES REMET EN QUESTION L'HYPOTHESE SOUS-JACENTE D'EQUILIBRE SPECTRAL SUR LAQUELLE REPOSENT LA PLUPART DES MODELES DE FERMETURE EN UN POINT. C'EST POURQUOI NOUS AVONS ETE AMENES A DEVELOPPER UN MODELE STATISTIQUE MULTIECHELLE DE TURBULENCE. CE MODELE A DEUX ZONES SPECTRALES, A ETE ETABLI DANS LE FORMALISME DES MOYENNES DE FAVRE. LES EQUATIONS D'EVOLUTION DES ENERGIES CINETIQUES TURBULENTES DE CHAQUE ZONE SPECTRALE SONT DERIVEES DES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES MOYENNEES ET FILTREES. UNE EQUATION POUR LE FLUX SPECTRAL, ALIMENTANT LES PETITES ECHELLES, ET UNE AUTRE POUR LE TAUX DE DISSIPATION DE LA TURBULENCE SONT EGALEMENT DEVELOPPEES. UNE METHODE ORIGINALE DE DETERMINATION DES CONSTANTES PHENOMENOLOGIQUES, UTILISANT LES PROPRIETES SPECTRALES DE LA MODELISATION, EST PRESENTEE. ELLE EST BASEE SUR LE MODELE ANALYTIQUE DE CANUTO-GOLDMAN QUI RELIE LE TAUX DE CROISSANCE LINEAIRE DES INSTABILITES HYDRODYNAMIQUES AUX SPECTRES DES TURBULENCES QU'ELLES ENGENDRENT. L'APPLICATION DU MODELE MULTIECHELLE A LA PREVISION DES ECOULEMENTS TURBULENTS CONSECUTIFS AUX INSTABILITES DE RICHTMYER-MESHKOV ET DE RAYLEIGH-TAYLOR AINSI QU'AU PROBLEME DE L'INTERACTION ONDE DE CHOC / TURBULENCE A SOULIGNE LES AVANTAGES DE L'APPROCHE MULTIECHELLE. EN PARTICULIER, IL EST MONTRE QUE LA PRISE EN COMPTE DU DESEQUILIBRE SPECTRAL AMELIORE LA DESCRIPTION DE LA RELAXATION DE LA TURBULENCE ET INFLUENCE LE DEVELOPPEMENT DU MELANGE TURBULENT. UN MODELE MULTIECHELLE AUX TENSIONS DE REYNOLDS A EGALEMENT ETE ETABLI. SON APPLICATION A L'ETUDE DE L'INTERACTION ONDE DE CHOC / TURBULENCE A PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE L'AMELIORATION, APPORTEE PAR LA PRISE EN COMPTE DU DESEQUILIBRE SPECTRAL, A LA PREVISION DU RETOUR A L'ISOTROPIE DE LA TURBULENCE.
