Études expérimentales des ondes à la surface de l'eau : effets non linéaires et absorption

Experimental study of water waves : nonlinear effects and absorption

• Auteur / Autrice : Eduardo Monsalve Gutiérrez
• Direction : Agnès Maurel, Philippe Petitjeans, Vincent Pagneux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Dynamique des fluides et des transferts
• Date : Soutenance le 20/03/2017
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physique et mécanique des milieux hétérogènes (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Josserand
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sébastien Guenneau, Michel Benoit

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ondes -- Propagation

Absorption

Ondes non linéaires

Ondes de surface

Mots clés libres

Ondes de surface

Ondes non-linéaires

Atténuation

Propagation

Absorption parfaite

Surface waves

Nonlinear waves

Wave absorption

Résumé

Cette thèse porte sur l'étude expérimentale des ondes non-linéaires à la surface de l'eau. Premièrement, l'étude présente les mesures spatio-temporelles des ondes non-linéaires lors du passage sur une marche immergée. Celles-ci ont permis de séparer et d'analyser les diffèrent composants jusqu'au deuxième ordre. En particulier, la contribution de la tension de surface, a été mise en évidence en mesurant la longueur du battement de la deuxième harmonique. Les résultats obtenus ont été comparés à un modèle théorique multi-modal des coefficients de transmission et de réflexion. Dans la même configuration, la construction d'un bassin fermé en ajoutant un mur réfléchissant à la fin, a permis d'observer l'excitation de modes à basse fréquence, avec une dynamique quasi-périodique intéressante. En parallèle, deux aspects expérimentaux impliqués dans les manipulations à petite échelle ont été étudiés. Premièrement, l'atténuation produite par la friction sur le fond a été mesurée et analysée pour des ondes distribuées de façon aléatoire, en montrant l'importance relative de cet effet. Deuxièmement, la dynamique de la ligne de contact joue un rôle important lorsque les ondes ont des amplitudes suffisamment petites et que les bords se trouvent suffisamment proches. Dans ce cas, nous avons constaté des différences considérables en réflexion et en courbure du front d'onde. La dernière partie porte sur les mesures expérimentales de l'absorption parfaite avec un résonateur couplé dans un guide d'onde étroit. Les modes piégés générés par un cylindre décalé dans le guide, ont été excités pour produire l'absorption.

This thesis presents an experimental investigation on the propagation of nonlinear water waves. The first part focuses on the space-time measurements of nonlinear water waves, when it passes over a submerged step. The space-time resolved measurement allows us to separate the different components at the second order, which are compared with a theoretical nonlinear multi-modal model. The important contribution of the surface tension at higher orders is verified by measuring the beating length of the second harmonic. In the same conditions, the addition of a reflecting wall at the end of the channel sets a rectangular tank with submerged step, where the excitation of low-frequency modes yields a quasi-periodic dynamics. Concurrently, a research about aspects that have to be considered in small scale experiments of surface waves has been carried out. In shallow water, the damping of water waves is highly influenced by the bottom friction. This dependence was measured for randomly distributed waves, revealing the relative contribution of this effect. Moreover, the dynamic of the contact line plays a significant role when the wave-amplitude is small and the boundaries are near, both in relation to the capillary length. We observed experimentally how the wetting of the boundaries changes the reflection and the wave-front curvature. The final part covers the measurement of perfect wave absorption by a coupled resonator in a narrow waveguide. The trapped modes generated by a cylinder shifted from the channel axis were excited to generate the absorption.