Soutenance d'Ariane Gayout

Lorsqu’un objet est placé dans un écoulement, celui-ci est dévié et de cette déviation résultent l’apparition de tourbillons et la génération de forces de réaction du fluide, telles que la traînée et la portance. Si maintenant, l’objet en question est libre de se mouvoir, un couplage s’installe entre les mouvements de l’objet et de l’écoulement environnant, du domaine des interactions fluide-structure.

Dans cette thèse, le couplage entre un système pendulaire et un écoulement d’air est étudié expérimentalement et théoriquement. Placé dans une soufflerie, un pendule circulaire présente notamment une bistabilité sur une gamme de vitesse de vent, tandis qu’un rectangle n’en présente aucune. En variant le rapport d’aspect du pendule rectangulaire et en visualisant le sillage d’un disque fixe, nous proposons une origine à l’existence ou non de la bistabilité, en lien avec le phénomène de décrochage. L’influence de la turbulence incidente sur ce phénomène est ensuite approfondie ainsi que le lien entre les fluctuations d’angle du pendule et celles de l’écoulement, amont comme aval. En revenant à la bistabilité elle-même, des transitions spontanées d’un état stable à l’autre sont observées, dont le cadre de la transition vers la turbulence permet une modélisation et suggère certains mécanismes à l’oeuvre dans le sillage, notamment des évènements aérodynamiques rares. La modification des paramètres géométriques du pendule permet de varier la plage de vitesses pour laquelle la bistabilité existe, et ainsi observer des sauts entre les deux positions, à même vitesse d’écoulement. Enfin, lorsque le pendule est équilibré, son mouvement est dicté par l’écoulement uniquement et alors qu’un modèle quasi-statique est insuffisant à la description de la dynamique réelle du pendule, nous établissons deux manières de prendre en compte la rétroaction dynamique de l’écoulement, l’une empirique et l’autre basée sur les vibrations induites par vortex.