Mesure lagrangienne en turbulence : mise en Œuvre et analyse

par Nicolas Mordant

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jean-François Pinton.

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  • Résumé

    Le but de cette these est l'etude experimentale de la turbulence du point de vue lagrangien. On cherche donc a suivre une particule de fluide pendant un temps superieur au temps caracteristique des grandes echelles. Pour ce faire, nous avons mis au point une nouvelle technique de mesure de vitesse lagrangienne dans un ecoulement turbulent a haut nombre de reynolds. Le principe choisi est base sur l'utilisation de l'effet doppler d'une onde ultrasonore monochromatique diffusee par une petite particule solide. Le signal diffuse est recu par un reseau de recepteurs et mis en forme par une electronique rapide et ultra faible bruit concue specialement au cours de ce travail. Pour extraire la modulation de frequence due a la vitesse, nous avons developpe un algorithme d'estimation spectrale base sur une methode de maximum de vraisemblance approche couple a un filtre de kalman. Nous avons ainsi acces a la vitesse lagrangienne sur des echelles temporelles englobant le regime inertiel et les grandes echelles de l'ecoulement. Le champ de vitesse est gaussien a decorrelation temporelle exponentielle. On obtient ainsi un spectre temporel a decroissance conforme a la prediction de la theorie de kolmogorov 41. Le regime inertiel lagrangien se prolonge jusqu'a des echelles temporelles inferieures au temps de kolmogorov. On observe une intermittence lagrangienne plus intense (en termes de courbure des exposants de structure) que pour le champ eulerien et dont l'intensite ne peut etre reproduite par le modele usuel base sur la dissipation. Cette intermittence est liee a l'existence de correlations temporelles tres longues de la valeur absolue des increments temporels de vitesse.


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  • Détails : 204 p.
  • Annexes : 96 ref.

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