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Thèse soutenue

Vers les échelles dissipatives dans un jet d'hélium gazeux à basse température

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Auteur / Autrice : Olivier Chanal
Direction : Bernard Castaing
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Énergétique physique
Date : Soutenance en 1998
Etablissement(s) : Grenoble INPG

Résumé

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L'utilisation de l'helium gazeux vers 4,2 k nous permet d'etudier la turbulence developpee a fort nombre de reynolds dans un jet de dimension reduite. La variation controlee de la pression du fluide donne acces a une tres large gamme de reynolds, entre 10#3 et 10#6. En contrepartie, les echelles caracteristiques de dissipation de l'energie peuvent atteindre le micrometre. Afin de caracteriser les plus petites structures presentes au sein de l'ecoulement, nous avons etudie et developpe un anemometre-thermometre de taille micronique et non perturbatif vis a vis de l'ecoulement. Ce detecteur est constitue d'une fibre de verre amincie (=1,7 m) sur laquelle est depose un alliage au-ge qui presente, apres recuit, une forte dependance de sa resistance en fonction de la temperature. Cet alliage est lui-meme recouvert d'une couche mince metallique (ag+au), excepte sur une faible longueur (0,5 m), ce qui limite la partie sensible a une zone inferieure a 1 m#2. La mise en oeuvre d'une electronique originale de grande sensibilite, associee a un convertisseur analogique-numerique a permis d'effectuer des acquisitions de fluctuations de vitesse sur 16 bits a des frequences atteignant le mhz. L'analyse des resultats a mis en evidence une resolution spatiale de 10 m et un temps de reponse inferieur a la microseconde. L'etude statistique du signal, a partir des moments corriges du bruit, a montre une universalite a grande echelle quel que soit le nombre de reynolds et ce, meme avec des ecoulements de geometrie differente. La methode des cumulants a revele une autosimilarite du processus de cascade sur v, sur une etendue depassant la zone inertielle traditionnelle, et une evolution du processus de cascade vers un comportement lognormal a reynolds infini. Enfin, nous avons observe une reduction de la dissymetrie des histogrammes a grande echelle, ce qui peut s'interpreter comme une reduction relative de la dissipation quand on va vers les grands nombres de reynolds.