Thèse soutenue le 16 décembre 2013 pour obtenir le grade de docteur de l'Université de Grenoble - Spécialité : Physique appliquée

Résumé :
L'étude du comportement d'un fluide proche de son point critique et soumis à des vibrations ou une variation rapide de gravité/acceleration est un sujet extrêmement intéressant. Les phénomènes physiques impliqués sont d'un grand intérêt non seulement pour la physique fondamentale mais aussi pour l'industrie spatiale. Dans cette thèse, trois problèmes sont principalement traités : (i) étude de l'interaction de vibrations harmoniques avec une couche limite thermique dans un fluide supercritique en absence de gravité, (ii) étude de l'interaction de vibrations avec une interface liquide/vapeur d'un fluide sous−critique sous plusieurs niveaux de gravité (les instabilités de Faraday et d'onde gelée, l'équilibre dynamique d'une interface) et (iii) étude du phénomène de geyser à l'intérieur d'un réservoir partiellement rempli d'oxygène lorsqu'il est soumis à une variation rapide de la gravité (ou accélération). La thèse comporte une partie expérimentale et une partie numérique. Des expériences ont été réalisées sur les installations HYLDE et OLGA du CEA Grenoble utilisant respectivement les fluides H₂ et O₂ dans la zone sous−critique. Des simulations numériques sont réalisées pour étudier la stabilité d'une couche limite thermique et la dynamique d'une interface fluide soumise à une variation rapide de la gravité en utilisant des codes numériques basées sur le méthode volumes finis utilisant les algorithmes SIMPLER et VOF−PLIC respectivement. Plusieurs résultats intéressants ont été obtenus. Différents phénomènes ont été étudiés et quantifiés, comme l'instabilité de Faraday et l'instabilité d'onde gelée dans le domaine sous−critique et l'instabilité parametrique et l'instabilité Rayleigh−vibrationnelle dans le domaine supercritique. Les expériences ont permis de bien comprendre les raisons de la transition de l'instabilité de Faraday vers une structuration en bandes verticales très près du point critique. Les expériences et les simulations numériques sur le phénomène de geyser ont aidé à développer des corrélations empiriques pour les vitesses de la bulle et du geyser en prenant en compte les effets des parois.

Jury :
Président : Jérôme Duplat
Rapporteur : Bernard Zappoli
Rapporteur : Valentina Shevtsova
Examinateur : Denis Chatain
Examinateur : Stéphan Fauve
Examinateur : Tatyana Lyubimova
Sous la direction de Daniel Beysens et de Sakir Amiroudine.

Mots clés :
Instabilités d'interfaces fluides, Apesanteur, Cryogénique, Vibrations, Ondes de Faraday, Ondes gelées, Équilibre liquide-vapeur

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