Effets des caractéristiques spatio-temporelles sur les conditions d'apparition des instabilités entre sphères coaxiales en rotations

Abstract

Les phénomènes d’instabilités hydrodynamiques et leur relation complexe avec la transition laminaire–turbulent via le chaos revêtent une importance primordiale dans la définition de la plupart des écoulements et la prévision de leurs propriétés. L’intérêt d’une connaissance approfondie des mécanismes mis en cause apparaît évident, notamment lorsqu’il s’agit de mieux comprendre certains phénomènes naturels (océanographie, météorologie et astrophysiques…) ou de s’assurer la maîtrise et le contrôle des opérations industrielles (en Aéronautique, Tribologie, Centrifugation, Robotique, en Physique de l’Atmosphère (météorologie mondiale), en Astrophysique (dynamique des étoiles), en Géophysique (effet dynamo / manteau asténoïdal) etc.…). Ce sujet a pour objectif le développement d’une étude théorique et expérimentale dédiée à l’analyse des lois de comportement de mouvement (propriétés et mécanisme) défini dans la configuration entre sphères coaxiales dont l’intérieure est en rotation et l’extérieure étant maintenue fixe. Au plan expérimental, il s’agit de déterminer par visualisation les seuils critiques d’apparition des instabilités et de préciser la nature et leur structure (onde stationnaire axiale, onde stationnaire azimutale, Wavy mode Spiral, etc.…) dans les trois conditions d’essais suivantes: - Effet du taux de remplissage maximal (écoulement en charge) sur le système d’écoulement. - Effet d’un taux de remplissage donné (écoulement à surface libre). - Effet de l’inclinaison du dispositif et mise en évidence de l’influence de la gravité sur la naissance des instabilités et les conditions d’apparition du chaos. Au plan théorique, une modélisation phénoménologique est proposée en vue de déterminer la distribution des trois composantes du champ de vitesse en régime laminaire de base. Une modélisation numérique est mise en oeuvre afin de d’étudier l’effet de la gravité sur la structure des cellules de Taylor et déterminer le profil des vitesses tangentielles moyennes, comparé par la suite au profil calculé phénoménologiquement ainsi qu’au résultats expérimentaux obtenus par M. Wimmer et K. Nakabayashi