Thèse soutenue le 17 octobre 2016 pour obtenir le grade de docteur de la Communauté Université Grenoble Alpes - Spécialité : Mécanique ds Fluides, Énergétique, Procédés

Résumé :
Cette thèse a pour objectif l’étude comparée de la turbulence isotherme en hélium I (HeI, fluide classique) et en hélium II (HeII, dont une partie du fluide est inviscide) par une analyse lagrangienne. Les analogies et/ou différences du comportement dynamique en écoulement classique ou superfluide devraient ainsi nous renseigner sur les caractéristiques multi-échelles intrinsèques de la turbulence. Ce type de recherche, qui constituait une première mondiale en début de thèse, semble promis à un bel avenir (à titre d'exemple, des mesures similaires de suivi lagrangien en HeI/HeII, en aval d’un barreau oscillant, sont actuellement en cours à Charles Université, Prague).
Nous avons opté pour l’écoulement canonique de grille oscillante car il est isotrope, sans vitesse moyenne (autorisant ainsi un temps d’observation long) et homogène par plan. Nous basons nos mesures sur la visualisation de microsphères creuses de verre, dont la densité est voisine de celle de l’hélium liquide. Cette expérience étant nouvelle, il a fallu procéder à sa conception et à son dimensionnement, à sa mise en place ainsi qu'à sa calibration. Le cryostat que l’on a conçu est entièrement en verre, permettant ainsi une observation multi-angles de l’écoulement. Le système de visualisation utilisé est basé sur l'imagerie haute cadence en éclairage "backlight" (diffusion avant). À partir de la reconstruction des trajectoires des particules, nous avons pu réaliser des analyses lagrangiennes à une particule (à un temps et à deux temps), mais aussi étudier la dispersion relative de paires de particules.
La résolution spatiale et temporelle de nos mesures nous a permis de pleinement caractériser les échelles inertielles de la turbulence, tandis que les échelles sont plus marginalement résolues. Dans ces conditions, nous trouvons que les caractéristiques de la turbulence en HeI sont en accord avec les mesures de la littérature dans des écoulements similaires en fluide classique. Ce même comportement est également observé en HeII.

Jury :
Président : M. Nicolas Mordant
Rapporteur : M. Romain Volk
Rapporteur : M. Romain Monchaux
Examinateur : M. Pantxo Diribarne
Examinatrice : Mme Bérengère Dubrulle
Examinateur : M. Jérémie Bec
Invité : M. Mathieu Gibert
Directeur de thèse : Bernard Rousset
Co-directeur de thèse : Mickaël Bourgoin

Mots clés :
Grille oscillante, Hélium superfluide, Particules, Visualisation, Approche Lagrangienne

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