Thèse soutenue

Convection turbulente dans les cellules de Rayleigh-Bénard avec des conditions limites modifiées

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Auteur / Autrice : Andrés Alonso Castillo-Castellanos
Direction : Maurice RossiAnne Sergent
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique des Fluides
Date : Soutenance le 05/09/2017
Etablissement(s) : Paris 6
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris (2000-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean Le Rond d'Alembert (Paris ; 2006-....)
Jury : Président / Présidente : Stéphane Popinet
Examinateurs / Examinatrices : Bérengère Podvin, Denis Funfschilling
Rapporteurs / Rapporteuses : Francesca Chilla, Mahendra K. Verma

Résumé

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Une caractéristique remarquable de la convection de Rayleigh-Bénard qui concerne une couche de fluide horizontale chauffée par le bas et refroidie par le haut, est l’établissement spontané de l’ordre spatial et la formation d’une circulation cohérente à grande échelle. Comment les différents facteurs, tels que la géométrie du domaine et les conditions limites, influencent l’écoulement à grande échelle, restent une question ouverte. Malgré sa simplicité apparente, la convection de Rayleigh-Bénard présente une dynamique à grande échelle incroyablement riche et complexe, tels que des modes de torsion et du battement, la rotation du plan et des cessations de la circulation, qui coexistent souvent et se concourent. Une approche couramment utilisée dans l’étude des cessations, consiste à contraindre la circulation à grande échelle à un plan en limitant le domaine fluide à une cellule carrée (2D) ou à une cellule rectangulaire mince (quasi-2D). Cependant, il n’est pas tout à fait clair si les retournements 2-D et (quasi-)2-D correspondent au même phénomène. Le présent document est consacré à l’étude des modes d’écoulement à grande échelle dans la convection turbulente de Rayleigh-Bénard et de l’influence exercée par différents facteurs sur les structures d’écoulement et sur leur évolution temporelle. La caractérisation proposée combine une analyse statistique avec une approche physique s’appuyant sur le moment angulaire ainsi que sur les énergies cinétiques et potentielles pour mettre en évidence les mécanismes physiques sous-jacents. Nous essayons ensuite de relier ces mécanismes à chacun des modes d’écoulement distinctifs observés et à leur évolution.