Dynamique des anneaux tourbillonnaires

Les anneaux tourbillonnaires sont des structures cohérentes que l’on observe dans de nombreux écoulements industriels, biologiques ou géophysiques. Ces tourbillons ont la faculté de se propager par auto-induction et présentent des propriétés de transport et de réorganisation de la structure de l’écoulement qu’il peut être intéressant d’exploiter. Dans ce contexte, l’objectif est d’étudier expérimentalement la dynamique d’anneaux tourbillonnaires générés dans une couche de fluide homogène et impactant une couche stablement stratifiée en densité. L’évolution de ces anneaux tourbillonnaires et leur influence sur le mélange et l’entraînement de fluide dans la zone stable ont été analysées par vélocimétrie 3D (4D-Particle Tracking Velocimetry). Une étude paramétrique a permis de quantifier l’influence des paramètres de contrôle sur la dynamique du mélange et les processus physiques à l’œuvre (dynamique tourbillonnaire, influence du couple barocline, génération d’ondes internes ou de surface). Un second objectif consiste à améliorer le mélange en optimisant les paramètres de contrôle, notamment les rapports d’échelles, la modification de l’angle d’impact et la fréquence des impacts (thèse en cours). Le même banc expérimental a par ailleurs permis d’explorer la dynamique des anneaux tourbillonnaires en fluide non newtonien (rhéofluidifiant, viscoélastique ou viscoplastique). Ces études ont en particulier permis d’une part d’identifier les paramètres physiques pertinents contrôlant la dynamique de ces écoulements depuis la génération des anneaux tourbillonnaires jusqu’à leur dissipation ultime, et d’autre part d’étudier la cinématique singulière d’un anneau tourbillonnaire dans un liquide viscoélastique, afin de comprendre les mécanismes physiques menant au “rebond” de la structure et d’identifier les paramètres pertinents pour décrire et prédire sa dynamique globale.