Décrire un écoulement comme un ensemble de trajectoires de particules fluides est une approche nécessaire pour comprendre sa dynamique lagrangienne mais aussi pour caractériser la dispersion de particules qu’il génère, omniprésente en milieu naturel (polluants dans l’océan ou l’atmosphère) ou industriel (réacteur chimique). Le développement récent de méthodes optiques de suivi de particules permet d’étudier expérimentalement cette question pour différents types de particules et/ou d’écoulements. Dans le cadre de cette thèse, nous nous limitons à des traceurs (particules fluides) et à deux types d’écoulement turbulent.
Une première partie s’intéresse à une large base de données expérimentales de trajectoires en turbulence homogène isotrope. Une étude lagrangienne complète est réalisée pour obtenir une caractérisation fine de la turbulence en vitesse et accélération pour une large gamme de nombres de Reynolds. Une modélisation de la dispersion de paires est également proposée, avec des éléments nouveaux pour sa compréhension dans le cadre de la phénoménologie de la cascade balistique.
Une seconde partie est consacrée à l’étude expérimentale lagrangienne d’un jet turbulent. L’influence d’un ensemencement inhomogène par la buse est décrite quantitativement. Cette approche, qui fait apparaître le phénomène original de compressibilité effective, permet une nouvelle compréhension de l’entraînement et de la diffusion turbulente. Une analyse lagrangienne de cet écoulement inhomogène est également réalisée. Une nouvelle méthode de stationnarisation est appliquée avec succès pour compenser l’inhomogénéité et offrir une caractérisation grande échelle en vitesse et accélération.
Gratuit
Disciplines