Turbulence bidimensionnelle et dispersion turbulente : etude experimentale

• Auteur / Autrice : JEROME PARET
• Direction : Patrick Tabeling
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Paris 6

Résumé

Nous presentons une etude experimentale approfondie de la turbulence bidimensionnelle entretenue. Les experiences sont realisees dans de minces couches de fluides stratifiees et les champs de vitesse sont determines a l'aide d'une technique de velocimetrie par suivi de particules. Les conjectures de kraichnan sur la cascade inverse d'energie et la cascade directe d'enstrophie sont confirmees, notamment les lois de puissance pour les spectres d'energie. Nous etudions la cascade inverse de maniere plus detaillee. Nous trouvons que, en fonction de la dissipation d'energie aux grandes echelles, le regime de cascade inverse classique ou le regime condense sont obtenus comme etats statistiquement stationnaires. Les proprietes statistiques des tourbillons coherents tendent a montrer que la dynamique de la cascade est regie par un mecanisme d'agregation des tourbillons de meme signe plutot que par une succession de fusions creant des tourbillons de taille de plus en plus grande. De plus, en net contraste par rapport au cas tridimensionnel, nous trouvons que la cascade d'energie ne presente pas d'intermittence, avec des statistiques quasiment gaussiennes et des exposants de fonctions de structures indiscernables des valeurs de kolmogorov. Ce comportement non intermittent est egalement observe pour la cascade d'enstrophie. Nous etudions la dispersion relative de paires de particules passives dans des ecoulements presentant une cascade inverse d'energie. Les proprietes statistiques de ce processus sont determinees en integrant numeriquement les trajectoires lagrangiennes des particules a partir des champs de vitesse experimentaux. La loi hyperdiffusive de richardson est observee et un comportement fortement non-gaussien est obtenu pour les distributions des separations des paires. Nous montrons que le processus est temporellement auto-similaire et que de fortes correlations temporelles sont presentes. Ces observations compromettent l'approche en terme de vols de levy.