Ecole Doctorale

SCIENCES POUR L'INGENIEUR : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique

Spécialité

Sciences pour l'ingénieur : spécialité Mécanique et Physique des Fluides

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

Fluide stratifié,Couche limite,Couche critique,Interactions fluide-structure,Vibration induite par vortex,

Keywords

Stratified fluid,Boundary layer,Critical layer,Fluid-structure interactions,Vortex induced vibration,

Titre de thèse

études expérimentales en fluides stratifiés : couche limite et interactions fluides structures
experimental studies in stratified fluids : boundary layer and fluid-structure interactions

Date

Vendredi 22 Octobre 2021 à 10:30

Adresse

IRPHE 49 rue Frédéric Joliot Curie 13013 Marseille Séminaire 0.25

Jury

Directeur de these M. Patrice MEUNIER IRPHE / CNRS
CoDirecteur de these M. Stéphane LE DIZèS IRPHE / CNRS
Examinateur M. Emmanuel DE LANGRE LadHyX / Ecole Polytechnique
Examinateur M. Pierre-Yves PASSAGGIA PRISME / Université d'Orléans
Rapporteur Mme Chantal STAQUET LEGI / Université de Grenoble Alpes
Rapporteur Mme Patricia ERN IMFT / CNRS

Résumé de la thèse

Cette thèse présente deux études expérimentales sur des écoulements stratifiés en densité. Ces recherches fondamentales sont motivées par le cas des océans et de l’atmosphère qui possèdent un gradient vertical de densité. Celui-ci permet de définir une pulsation N, caractérisant l’oscillation d’une particule fluide déplacée de sa position d’équilibre. Ces mouvements oscillatoires, souvent générés par la topographie, se propagent de proche en proche créant des ‘’ondes internes’’, suspectées d’être à l’origine d’une partie du mélange océanique, encore mal compris aujourd’hui. La première étude, théorique et expérimentale, s’intéresse à un écoulement horizontal de couche limite (épaisseur d) au-dessus d’un plan, incliné transversalement d’un angle a. Si U est la vitesse loin de la paroi, les équations à grand Reynolds Re=Ud/nu montrent que le profil usuel de Blasius est retrouvé quand Re>>1/sin(a) ou quand le Froude Fr=U/Nd vérifie Fr>>1. Cependant, un écoulement transverse v est généré pour dès que a est non nul, avec deux régimes de Blasius possibles. Une première limite est obtenue à Fr>>Re sin(a), avec une perturbation de densité induite par la vitesse normale, générant un v proportionnel à sin(a). La seconde limite à Fr<5. Il est caractérisé par une faible fréquence et de grandes amplitudes d’oscillation, jusqu’à 2D. Il est interprété comme un mode de ''galloping'', résultant donc d’une instabilité, liée dans notre cas à l’absence de symétrie haut-bas dans un fluide stratifié.

Thesis resume

This thesis presents two experimental studies in density stratified flows. These fundamental works are motivated by oceans and atmosphere which both have a vertical density gradient. This gradient enables to define a frequency N, characterizing the oscillation of a fluid parcel displaced from its equilibrium position. These oscillatory movements, often induced by topography, spread from one particle to the next one, creating ‘’internal waves’’, believed to generate some part of the ocean mixing, still misunderstood today. The first study, theoretical and experimental, consider a horizontal boundary layer flow (width d) above a plane, transversely inclined by an angle a. If U is the speed far from the plate, high Reynolds number (Re=Ud/nu) equations show that the usual Blasius profile is recovered when Re>>1/sin(a) or when the Froude number Fr=U/Nd is such that Fr>>1. However, a transverse flow v is generated as soon as a is non-zero, with two potential Blasius-regimes. A first limit is obtained at Fr>>Re sin(a), with a density perturbation induced by the normal velocity, generating a v proportional to sin(a). The second limit Fr<5. It is characterized by a constant weak frequency and high amplitude oscillations up to 2D. It is interpreted as a galloping mode, resulting from an instability, due in our case to the broken up-down symmetry in a stratified fluid.