Soutenance de Peter Huck

La turbulence est connue pour sa capacité à disperser efficacement de la matière, que ce soit des polluantes dans les océans ou du carburant dans les moteurs à combustion. Deux considérations essentielles s’imposent lorsqu’on considère de telles situations. Primo, l’écoulement sous-jacente pourrait avoir une influence non-négligeable sur le comportement des particules. Secundo, la concentration locale de la matière pourrait empêcher le transport ou l’augmenter. Pour répondre à ces deux problématiques distinctes, deux dispositifs expérimentaux ont été étudiés au cours de cette thèse, l'un au sein du laboratoire de Physique de l’École Normale Supérieure de Lyon, l’autre au département d'ingénierie mécanique de l’University of Washington-Seattle.

Un premier dispositif a été mis en place pour étudier l’écoulement de von Kàrmàn, qui consiste en une enceinte fermé avec de l’eau forcé par deux disques en contra-rotation. Cette écoulement est connu pour être très turbulent, inhomogène, et anisotrope. Deux caméras rapides ont facilité le suivi Lagrangien des particules isodenses avec l’eau et petites par rapport aux échelles de la turbulence. Ceci a permis une étude du bilan d’énergie cinétique turbulente qui est directement relié aux propriétés de transport. Des particules plus lourdes que l’eau ont aussi été étudiées et montrent le rôle de l’anisotropie de l’écoulement dans la dispersion des particules inertielles.

Lors d’un séjour à l’University of Washington-Seattle, un écoulement de soufflerie ensemencé avec des gouttelettes d’eau micrométriques ont permis une étude de l’effet de la concentration locale de l’eau sur la vitesse de chute des gouttelettes grâce à une montage préexistant. Un modèle basé sur des méthodes théorique d'écoulements multiphasiques a été élaboré enfin de prendre en compte les effets collectifs de ces particules sedimentant dans un écoulement turbulent. Les résultats théoriques et expérimentaux mettent en évidence le rôle de la polydispersité et du couplage entre les deux phases dans l’augmentation de la sédimentation des gouttelettes.