Soutenance de thèse de Benjamin MARCHETTI

Dans une première partie est présentée une étude expérimentale et numérique traitant de l’influence de structures tourbillonnaires sur la sédimentation de nuage de particules sphériques sous l’effet de la gravité à des nombres de Stokes faibles. L’écoulement est rendu possible expérimentalement grâce à l’électro-convection qui permet de générer un réseau de vortex contrôlé bidimensionnel qui imite un écoulement tourbillonnaire simplifié. Des techniques de PIV (Particle image-velocimetry) et de suivi de particules sont utilisés pour étudier le mouvement du nuage dans cet écoulement tourbillonnaire. Le comportement du nuage est comparé aux prédictions obtenues avec des modèles numériques. Dans une seconde partie est présentée une étude expérimentale et numérique concernant la sédimentation à faible nombre de Reynolds de fibres flexibles dans une fluide visqueux au repos. L’état d’équilibre qu’atteint une fibre flexible est étudiée à l’aide d’une combinaison d’expériences macroscopiques, d’un modèle numérique et d’arguments d’échelles. Nous identifions trois régimes ayant des signatures différentes sur l’état stationnaire de la fibre flexible : un régime de faibles et grandes déformations dans lesquels la traînée est proportionnelle à la vitesse de chute attendue dans un écoulement de Stokes, et un régime de reconfiguration élastique intermédiaire ou le filament se déforme avec une traînée plus faible et qui n’est plus proportionnelle à la vitesse.

In the first part, we present a jointed experimental and numerical study examining the influence of vortical structures on the settling of a cloud of solid spherical particles under the action of gravity at low Stokes numbers. The two-dimensional model experiment uses electro-convection to generate a two-dimensional array of controlled vortices which mimics a simplified vortical flow. Particle image-velocimetry and tracking are used to examine the motion of the cloud within this vortical flow. The cloud motion is compared to the predictions of a two-way-coupling numerical simulation. In the second part we present a jointed experimentally and numerical study on the dynamics of slender flexible filaments sedimenting in a viscous fluid at low Reynolds number. The equilibrium state of a flexible fiber settling in a viscous fluid is examined using a combination of macroscopic experiments, numerical simulations and scaling arguments. We identify three regimes having different signatures on this equilibrium configuration of the elastic filament: a weak and large deformation regimes wherein the drag is proportional to the settling velocity as expected in Stokes flow and an intermediate elastic reconfiguration regime where the filament deforms to adopt a shape with a smaller drag which is no longer linearly proportional to the velocity.