Dispersion de traceurs passifs dans des experiences de turbulence bidimensionnelle

• Auteur / Autrice : MARIE-CAROLINE JULLIEN
• Direction : Patrick Tabeling
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Paris 6

Résumé

Nous presentons des resultats experimentaux concernant la dispersion de traceurs passifs dans des experiences de turbulence bidimensionnelle entretenue. Les experiences sont realisees pour des ecoulements forces electromagnetiquement dans de minces couches de fluides stratifiees de facon stable. Les champs de vitesse sont analyses a l'aide d'une technique de velocimetrie. Dans une premiere approche, nous faisons une analyse statistique de la dispersion d'une tache de fluoresceine, successivement dans la cascade directe d'enstrophie et dans la cascade inverse d'energie, conformement aux conjectures formulees par kraichnan en 1967 a propos du mecanisme de double cascade en turbulence bidimensionnelle. Dans la cascade d'enstrophie, nous montrons que le spectre des fluctuations de concentration suit la loi de batchelor en k - 1, et que les solutions analytiques formulees par chertkov et al. Sont en tres bon accord avec nos experiences : ailes exponentielles pour les distributions de fluctuations ainsi que de ses increments, loi logarithmique pour la fonction de structure d'ordre 2. Dans la cascade inverse, nous montrons que la statistique d'ordre 2 est bien decrite par le formalisme de corrsin-obukhov. L'analyse des moments d'ordres plus eleves revele en revanche une saturation des exposants de fonction de structure vers une valeur constante. Une seconde approche est une approche lagrangienne. Elle consiste a suivre des paires de particules le long de leur trajectoires, determinees en integrant numeriquement les champs de vitesse experimentaux. Cette etude a ete realisee dans la cascade inverse d'energie. La loi hyperdiffusive de richardson r 2 t 3 est observee et un comportement fortement non-gaussien est obtenu pour les distributions des separations des paires. Le processus est temporellement auto-similaire et de fortes correlations temporelles sont presentes.