Instabilité, Transition, Turbulence et Contrôle

Y. Duguet, F. Lusseyran, L. Martin-Witkowski, S. Pellerin

Les écoulements fluides peuvent être classés en plusieurs régimes tels que laminaire, transitionnel ou turbulent, correspondant à d’importantes différences d’un point de vue énergétique. Les processus dynamiques qui permettent de passer d’un régime à l’autre, ou de stabiliser un des régimes, sont aujourd’hui encore mal compris. L’instabilité d’un écoulement laminaire donné vis-à-vis de perturbations arbitraires, d’amplitude soit infinitésimale soit finie, donne lieu à des développements mathématiques et numériques intéressants et variés selon le type d’écoulement considéré. Des transitions, souvent hystérétiques, entre différents régimes existent également au sein d’écoulements turbulents. Un effort original est mis sur l’analyse des symétries spatiales et de leur brisure par des mécanismes d’instabilité. Ceux-ci sont décrits qualitativement et quantifiés par l’utilisation d’algorithmes numériques novateurs et efficaces, dans le cadre de simulations instationnaires tridimensionnelles nécessitant des ressources importantes et des méthodes spécifiques aux données volumineuses. Une cellule  expérimentale permet également la visualisation et la quantification de ces mêmes écoulements en complémentarité directe avec les études numériques.  Enfin, la compréhension fine et la modélisation des mécanismes hydrodynamiques à l’oeuvre mène naturellement à des méthodes expérimentales et/ou numériques de contrôle permettant d’orienter le système vers le régime désiré. 

Les configurations étudiées dans cette équipe sont académiques mais inspirées de situations industrielles reliées entre autres au domaine de l’aérodynamique terrestre (trainées de véhicules, cavités géométriques) et de l’aéronautique (couches limites). L’accent est mis sur des collaborations avec d’autres équipes locales, nationales et internationales, et sur la formation des étudiants. Les sujets d’étude de l'équipe comprennent de manière non exhaustive : 

  • l’étude expérimentale et numérique des effets de pollution ambiante sur la stabilité des écoulement tournants avec surface libre rigide ou déformable
  • la simulation numérique, la modélisation et le contrôle des brisures de symétrie d’un sillage turbulent
  • la compréhension des mécanismes de transition sous-critique à la turbulence dans les écoulements cisaillés de paroi, d’un point de vue non-linéaire (description de l’espace des phases correspondant) comme spatio-temporel (analyse de l’intermittence)
  • l’étude expérimentale et numérique ainsi que le contrôle en boucle fermée des écoulements cisaillés ouverts.

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