Fragmentation des agrégats dans le domaine inertiel de la turbulence

Aggregate fragmentation in the inertial range of turbulence

• Auteur / Autrice : Hector Manuel De La Rosa Zambrano
• Direction : Patrice Le Gal, Gautier Verhille
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur. Mécanique et physique des fluides
• Date : Soutenance le 21/03/2019
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Equilibre (IRPHE) (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Elisabeth Guazzelli
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Cros, Nicolas Vandenberghe
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mickaël Bourgoin, Mokhtar Adda-Bedia

Mots clés

Mots clés contrôlés

Kolmogorov, Équation de

Turbulence

Microagrégats

Mécanique des fluides

Mots clés libres

.

Aggregation

Fragmentation

Aggregates

Turbulence

Kolmogorov length

Fibers

Inertial range

Résumé

Dans cette thèse, nous analysons le processus d'agrégation et de fragmentation d'agrégats de particules par turbulence, en particulier d'agrégats de fibres. L’originalité de notre étude réside dans le fait que la taille des agrégats et de leurs particules constitutives se situe dans la plage de turbulence inertielle. Les premières expériences sont consacrées à la caractérisation de la force de frottement entre les fibres. Nous avons utilisé un modèle simplifié pour mesurer la force nécessaire pour extraire une fibre d’un réseau. Dans la deuxième expérience, nous avons caractérisé les effets de la turbulence sur les agrégats. Pour ce faire, nous avons utilisé des agrégats de particules magnétiques. Afin de mesurer la taille des agrégats, nous les avons reconstruits en 3D. Les résultats expérimentaux sont en très bon accord avec notre modèle de fragmentation. Enfin, dans une troisième expérience, nous avons remplacé les particules magnétiques par des fibres de silicone souples. Une analyse théorique basée sur l’équilibre entre agrégation et fragmentation montre l’existence d’un seuil de transition entre les deux régimes. Nos expériences valident notre modèle d'agrégation / fragmentation

In this thesis we analyse the aggregation and fragmentation process of particle aggregates by turbulence, particularly fiber aggregates. What gives originality to our study is that the size of the aggregates and their constituent particles is within the inertial range of turbulence. The first experiments are devoted to characterize the friction force between fibers, for which we used a simplified model to measure the force necessay to puul out a fiber from a network. In the second experiments we characterized the effects of turbulence on aggregates. In order to achieve this, we used magnetic particle aggregates. In order to measure the size of the aggregates we performed a 3-D reconstruction of them. The experimental results are in very good agreement with our fragmentation model. Finally, in a third experiment we replaced the magnetic particles by flexible silicone fibers. A theoretical analysis based on the balance between aggregation and fragmentation, shows the existence of a transition threshold between the two regimes. Our experiments validate our aggregation/fragmentation model