Radiative heating achieves the geostrophic turbulence regime of convection
Auteur / Autrice : | Vincent Bouillaut |
Direction : | Sébastien Aumaître, Basile Gallet |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Physique |
Date : | Soutenance le 14/01/2022 |
Etablissement(s) : | université Paris-Saclay |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Service de physique de l'état condensé (Gif-sur-Yvette, Essonne) |
référent : Faculté des sciences d'Orsay | |
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....) | |
Jury : | Président / Présidente : Francesca Chilla |
Examinateurs / Examinatrices : Fabien Godeferd, Nicolas Mordant, Christophe Gissinger | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Fabien Godeferd, Nicolas Mordant |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Résumé
Nous nous intéressons au phénomène de convection en rotation rapide forcée par une source radiative de chaleur. La convection par forçage radiatif s’avère pertinente pour décrire les intérieurs stellaires et planétaires, où le principal défi est de quantifier le transport turbulent. Une question fondamentale est l’impact de la rotation globale sur ce transport turbulent. Du point de vue théorique, ces systèmes peuvent a priori opérer dans différents régimes, depuis une convection faiblement affectée par la rotation jusqu’au régime de « turbulence géostrophique » de convection en rotation rapide. Ce dernier a été prédit en 1979 mais attend toujours une confirmation expérimentale. Les expériences existantes sont toutes basées sur une injection de chaleur par conduction entre la paroi et le fluide, un transfert qui s’avère peu efficace. L’idée ici est d’utiliser un forçage radiatif, i.e., une source de chaleur partiellement volumique, afin d’injecter en partie la chaleur directement dans l’écoulement turbulent. Ce type de forçage a déjà démontré sa capacité à atteindre des régimes de convection pleinement turbulente. Nous avons donc modifié l’expérience existante et son système de mesure afin d’ajouter une rotation d’ensemble. Après avoir vérifié que le seuil de la convection en rotation est peu modifié par l’utilisation d’une source de chaleur partiellement volumique, nous étudions expérimentalement l’effet de la rotation sur l’efficacité de la convection thermique turbulente, en termes de flux de chaleur adimensionné. Nous observons que, pour une vitesse de rotation suffisamment grande, l’efficacité de la convection thermique diminue comparée au cas sans rotation. Nous montrons que cette diminution suit la loi de puissance du régime de « turbulence géostrophique » prédite en 1979. L’utilisation d’une source radiative de chaleur nous permet donc de réaliser la première observation expérimentale de ce régime extrême de convection.