Observation des petites échelles de la turbulence développée par diffusion collective de la lumière

par Ghassan Antar

Thèse de doctorat en Dynamique des fluides, intéraction lasers-matière

Sous la direction de Dominique Grésillon.

Soutenue en 1996

à Palaiseau, Ecole polytechnique .

Le président du jury était Paul Manneville.

Les rapporteurs étaient Ricardo Lima, Thiéry Pierre.

mots clés

• Interactions laser-matière
• Turbulence

Résumé

Nous utilisons la diffusion collective de la lumière pour étudier les petites échelles de la turbulence développée. Cette méthode non-intrusive consiste à diriger une onde électromagnétique plane, produite par un laser, dans un milieu turbulent et détecter la lumière diffusée dans une direction légèrement différentes de celle de l'onde incidente. Le signal résultant est la transformée de Fourier spatiale des fluctuations de densité, ce qui résulte une sélection des fluctuations autour d'une échelle fixée par l'expérience. En faisant appel a une détection hétérodyne, il est possible d'avoir le signal dans son intégrité (ses parties réelles et imaginaires). Les petites échelles de la turbulence restent jusqu'a nos jours un sujet d'actualité a cause de la contradiction des différents modèles existants. Apres l'étude des caractéristiques du jet d'air, nous nous sommes intéressés au comportement des petites échelles en fonction du nombre de Reynolds. Cela nous permet de mener une étude approfondie sur les dynamiques dissipatifs de la turbulence en utilisant leurs propriétés statistiques. Nous montrons qu'il existe un seuil au-dessus duquel les caractéristiques statistiques de nos signaux restent inchangés, et nous expliquons ceci par l'existence d'une échelle intermédiaire, dans le domaine inertiel, qui marque le passage d'une dynamique de type désintégration vers une dynamique de type étirement. En fixant le nombre de Reynolds, nous étudions le comportement de notre signal en fonction des échelles. Nous notons une tendance vers une turbulence homogène. Qualifiée comme artificielle, cette homogénéité n'est autre qu'une participation croissante du bruit à cause de l'absence des fluctuations a petites échelles. En outre, la loi qui régit le transfert de l'énergie des grandes échelles vers les plus petits nous a particulièrement intéressé. Finalement, nous considérons le signal comme étant généré par un système dynamique non-linéaire. Nous montrons que ce dernier ne peut pas être considéré comme possédant les caractéristiques du chaos temporel, mais aucune conclusion définitive sur ce sujet n'est possible à cause de l'intermittence et donc du présence du bruit dans notre signal.

Titre traduit

Observation of the fine scales of fully developped turbulence by collective light scattering

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