Mesures résolues en temps et en espace d'ondes à la surface de l'eau : application aux modes piégés

par Pablo Javier Cobelli

Thèse de doctorat en Dynamique des fluides

Sous la direction de Philippe Petitjeans.

Soutenue en 2009

à Paris 7 .


  • Résumé

    Cette thèse est une contribution à la compréhension de certains phénomènes d'ondes de surface sur des problèmes d'intérêts actuels. Des résultats significatifs ont été obtenus grâce à une nouvelle technique de mesure de la surface libre qui a éternise au point pour ces études. Cette technique de profilométrie optique consiste à projeter un réseau de franges sinusoïdales de caractéristiques connues sur la surface libre et à observer l'image projetée depuis une autre direction. La déformation de la surface, ainsi que la perspective introduisent une modulation locale de fréquence du réseau de franges. L'analyse de l'image déformée et sa comparaison avec une image de référence permet de reconstruire la déformation de la surface libre. En particulier, cette technique à l'avantage de déterminer le profil de la surface étudiée à partir de l'acquisition d'une seule image, ce qui permet l'étude des écoulements en temps réel et des processus dynamiques fortement non-stationnaires. La haute résolution spatiale et temporelle atteinte permettent pour la première fois l'exploration d'une grande variété de phénomènes à la surface d'un liquide. Principalement deux études expérimentales sur des ondes de surface ont été effectuées. Dans la première, nous nous concentrons sur l'étude des résonances d'ondes de surface autour d'un cylindre circulaire de rayon a dans un guide d'onde de largeur 2d (modes piégés) Ce travail fournit la première caractérisation expérimentale complète des modes piégés dans l'espace des fréquences ainsi qu'uneanalyse détaillée de leur structure spatiale. Ces résultats montrent un excellent accord avec les prédictions théoriques existantes dans la littérature. Dans la seconde étude expérimentale conduite dans cette thèse, la turbulence des ondes de flexion sur une plaque élastique mince est étudiée. Dans ce cas, des mesures de la déformation de la plaque (intégralement résolue dans l'espace et le temps) ont été utilisées pour déterminer, pour la première fois, le spectre tridimensionnel d'énergie de la turbulence d'ondes. D'autres études préliminaires sont brièvement évoquées concernant le retournement temporel d'ondes de surface et l'évolution spatio- temporelle de la déformation de la surface d'une couche mince de liquide après l'impact d'une goutte.

  • Titre traduit

    Space-time resolved measurements in water waves : focus on trapped modes


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    This thesis represents a contribution to the understanding of certain water wave phenomena of interest in current research. A number of significant results have been obtained by means of a new free surface measuring technique that has been developed for such studies. This optical profilometric technique consists in projecting a sinuspidal-profile fringe pattern of known characteristics onto the free surface and in observing the projected images from a different direction. The surface deformation, as well as the perspective, introduce a local frequency modulation of the fringe pattern. Analysis of the deformed image and its comparison with a reference image allow for the reconstruction of the free-surface deformation. In particular, this technique presents the advantage of determining the surface's profile from only one image, which allows the study of highly unstationary surface flows. The high spatio-temporal resolution achieved allow, for the first time, the exploration of a vast variety of water wave phenomena. Two major experimental studies on surface waves have been carried out during the course of this thesis. In the first one, we focused on the study of water wave resonances around a circular cylinder of radius a placed symmetrically between the parallel walls of a waveguide of width 2d (trapped modes). This work provides the first complete experimental characterization of trapped modes in the frequency space, as well as a detailed analysis of their spatial structure. These results show an excellent agreement with the predictions available in the literature. The second experimental study conducted in the frame of this thesis regards the turbulence of bending waves in a thin elastic plate. In the case, fully space-time resolved measurements of the plate deformation have been employed to determine, for the first time, the three- dimensional energy spectrum of wave turbulence. Two other preliminary studies are briefly mentioned, regarding the time-reversal of water waves and the spatio-temporal evolution of the free surface after the impact of a drop.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (123 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 118 réf.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris Diderot - Paris 7. Service commun de la documentation. Bibliothèque Universitaire des Grands Moulins.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : TS (2009) 145
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