Cette thèse aborde le sujet de l’exploration préférentielle de particules inertielles en turbulence à travers deux expériences de resuspension et de sédimentation.
Dans une première expérience, un écoulement d’eau transportant des particules de grandes tailles est mis mouvement par la rotation d’un disque situé en haut d’une cuve d’une vingtaine de centimètres. Ces billes, plus denses que l’eau, sont préférentiellement situées en bas de la cuve lorsque la fréquence de rotation du disque est faible. Les particules les plus petites sont davantage resuspendues et explorent donc en moyenne des zones plus hautes que leurs homologues plus grosses. Cependant, au-delà d’une fréquence de rotation critique, cet effet s’inverse et les billes les plus grosses explorent préférentiellement le haut de la cuve et y restent piégées. Ce piégeage est lié à la topologie de l’écoulement : ces billes sont trop grosses pour accéder entièrement aux zones descendantes de l’écoulement situées proches des parois.
Dans une seconde expérience, des billes en verre de plusieurs centaines de microns sont lâchées depuis le haut d’une tour d’environ deux mètres dans laquelle un écoulement turbulent est généré par l’activation de seize pompes situées tout en bas de la tour. En mesurant à la fois les propriétés de l’écoulement et les trajectoires des billes pendant leur chute, il a été possible de montrer que les billes exploraient préférentiellement les régions descendantes de l’écoulement. Il en résulte alors une vitesse de sédimentation des billes plus importante en turbulence que lorsqu’il n’y a pas d’écoulement. Pour une densité donnée, cet effet est d’autant plus marqué que les billes sont petites et que l’intensité de la turbulence est grande.
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