Thèse soutenue

Modélisation numérique de la dynamique et de l'évolution thermique d'une goutte métallique en chute libre dans un milieu visqueux
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Auteur / Autrice : Baraa Qaddah
Direction : Michael Le BarsJulien Monteux
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur. Mécanique et physique des fluides
Date : Soutenance le 28/05/2020
Etablissement(s) : Aix-Marseille
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Equilibre (IRPHE) (Marseille) - Laboratoire Magmas et Volcans
Jury : Président / Présidente : Nicolas Rimbert
Examinateurs / Examinatrices : Maylis Landeau, Thomas Bonometti
Rapporteurs / Rapporteuses : Renaud Deguen

Résumé

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Au cours des derniers stades de l’accrétion planétaire, des impacts entre des protoplanètes différenciées ont considérablement influencé les conditions thermochimiques des futures planètes telluriques. Le résultat de ces impacts est un écoulement diphasique. Après chaque impact et la formation d'un océan de magma, la phase métallique de l’impacteur a subi de forts processus de déformation et de fragmentation avant d’atteindre la base de l’océan de magma. Les enjeux de cette thèse sont de déterminer le rôle du rapport de viscosité entre les deux phases et la taille initiale de la goutte sur la dynamique, la fragmentation et l’évolution thermochimique de la goutte métallique. Pour ce faire, nous développons des modèles numériques en utilisant le logiciel Comsol Multiphysics. Nous déterminons les modes de fragmentation en fonction des nombres de Reynolds, de Weber et du rapport de viscosité. Ensuite, nous comparons le temps et la distance de fragmentation avec des études antérieures et nous proposons des lois d’échelles du rayon maximum stable de la goutte et du Weber critique en fonction de la viscosité de l’océan de magma et du rapport de viscosité, respectivement. Puis, nous estimons les échanges thermochimiques potentiels entre la goutte et l’océan magmatique en appliquant un modèle géophysique dépendant de nos résultats numériques. Enfin, nous étudions l’évolution thermique d’une goutte dans un océan magmatique et l’influence d’une viscosité dépendant de la température sur la dynamique, et l’évolution thermique d’une goutte. Nous proposons des lois d’échelle de temps et de longueur d’équilibre thermique et du nombre de Nusselt en fonction du nombre de Peclet