La convection naturelle apparait largement dans la nature, et demeure un sujet d’intérêt majeur pour la compréhension des phénomènes géophysiques.
Les écoulements qui lui sont liés sont de grande ampleur et restent difficiles à reproduire en laboratoire.
Afin d'atteindre en laboratoire des régimes semblables, on se propose d'utiliser des fluides dont la viscosité et les autres propriétés sont très différentes de celle des phénomènes naturels, comme l'hélium cryogénique et le Fluorocarbone. L'utilisation de l'hélium cryogénique dans les cellules de convection a permis d'atteindre les plus grands nombres de Rayleigh des laboratoires, jusqu’à 1016 , et de mettre en évidence certains régimes particuliers.
Deux techniques optiques non intrusives, l’ombroscopie et la strioscopie, ont été mises au point et validées. En particulier, l’ombroscopie permet, grâce à un algorithme de corrélation d’image, d’obtenir le champ de vitesse dans la cellule de Rayleigh-Bénard. Il a été possible de réaliser une étude, dans le fluorocarbone, à grand nombre de Rayleigh et de proposer une discussion sur la transition au régime « ultime » de convection de Rayleigh-Bénard en comparant avec les données de la littérature.
Parallèlement, l’expérience de Rayleigh-Bénard cryogénique a été développée afin de réaliser le même type de mesure dans l’hélium liquide. En premier lieu une cellule permettant à la fois de générer un écoulement de convection dans l’hélium liquide, et de permettre des mesures optiques, a été conçue et mise en place.
Une des motivations majeures de la thèse est que notre approche, basée sur l’étude combinée du transfert thermique et de la vitesse par résolution globale du champ de vitesse, puisse permettre d’apporter des éléments de réponse relatifs au régime « ultime » de convection.
En effet, plusieurs hypothèses récurrentes sur le changement de comportement du fluide où des statistiques d’émission de panache à la transition pourrait être prouvées par des mesures optiques du champ de vitesse de ce type.
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