Interaction son-vorticite et retournement temporel, des outils pour la caracterisation acoustique d'ecoulements tourbillonnaires

• Auteur / Autrice : Sébastien Manneville
• Direction : Mathias Fink
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Paris 7

Résumé

L'interaction son-ecoulement represente une source d'information non intrusive en hydrodynamique. Par exemple, en traversant un tourbillon, une onde acoustique est advectee, refractee, et eventuellement diffusee. L'analyse des deformations du front d'onde conduit alors a une mesure des principales caracteristiques du vortex (position, taille et circulation). Dans une premiere partie experimentale, nous montrons comment le retournement temporel permet d'amplifier l'effet d'un vortex sur une onde ultrasonore. L'utilisation de reseaux de transducteurs autorise une mesure a la fois spatiale et dynamique. Cette technique en transmission est testee sur trois ecoulements modeles dans l'eau. Apres avoir identifie et quantifie les differentes sources de bruit ou d'incertitude, nous validons notre technique par l'etude de la precession et de l'instabilite d'un vortex etire. Nous mettons clairement en evidence la diffusion du son par un filament de vorticite. La seconde partie vise a simuler numeriquement nos experiences. L'interaction son-ecoulement est traitee par trois methodes completement differentes : trace de rayons acoustiques, equation parabolique et differences finies. Ces simulations permettent d'etudier la validite de diverses approximations classiques pour la propagation du son en milieu mobile ainsi que l'influence de l'ouverture finie du faisceau incident. De plus, la prise en compte de la diffusion permet une tres bonne modelisation des donnees experimentales et conduit a une estimation de la taille du vortex. Enfin, nous proposons une etude numerique de l'onde diffusee par un tourbillon. Nous concluons ce travail en decrivant une nouvelle technique d'imagerie 2d d'un ecoulement : l'inter-correlation de speckle acoustique. Cette technique ultra-rapide est basee sur l'analyse du champ de pression retro-diffuse par un fluide ensemence de particules. Nous presentons des resultats preliminaires prometteurs qui viennent completer ceux obtenus en transmission.