Lundi, 13 Novembre, 14h00, salle 454A du Bâtiment Condorcet.

Soutenance de thèse de Darius Marin

Turbulence élastique dans les systèmes polymériques

encadrée par Sandra Lerouge et Charlotte Py.

Résumé: Depuis les années 2000, on sait que les solutions de polymère sont capables de générer des écoulements turbulents dans des géométries de référence telles que les géométries de Taylor-Couette ou de von Karman alors même que le nombre de Reynolds y est très faible (entre 10^-5 et 10^-3 ). L’ensemble des données expérimentales de la littérature concernant les propriétés statistiques de la turbulence purement élastique a été obtenu pour une solution polymérique de référence à base de polyacrylamide (PAAm), faiblement rhéofluidifiante. Ces propriétés statistiques ont été essentiellement mesurées en écoulement de von Karman en raison de l’efficacité du mélange dans cette géométrie. La transition à la turbulence dans l’écoulement de von Karman semble être directe et présente un caractère hystérétique typique des transitions sous-critiques. Par conséquent, peu d’études (B.U. Schiamberg et al., 2006) se sont attachées à suivre progressivement cette transition à la turbulence en identifiant les différents modes. Par ailleurs, la question de la robustesse de ces propriétés et de leur extension à tout système viscoélastique se pose naturellement. En effet, récemment, il a été montré au laboratoire que d’autres fluides viscoélastiques, comme les systèmes auto-assemblés de tensioactifs, présentaient une phénoménologie d’écoulement ayant une forte analogie avec les séquences observées dans les solutions de polymères.
Nos mesures, pour la solution de polymère, montrent que la transition à la turbulence n’est pas directe et présente un état intermédiaire. La nature sous-critque de la transition est robuste mais, contrairement à ce qui est dit dans la littérature, des visualisations en fluorescence mettent en évidence que cette transition est médiée par la coexistence de deux rouleaux toroïdaux dont l’un est inertiel et l’autre élastique. La transition est donc inertio-élastique et non purement élastique. Une succession de modes semblablent à ceux de Schiamberg et al. est mise en évidence. Le régime turbulent est marqué par la présence de spirales cohérentes reflètant l’inhomogénéité de ce dernier. Les propriétés statistiques sont en accord avec la littérature mais l’inhomogénéité et l’instationnarité du régime turbulent rend l’interprétation complexe. Par ailleurs, la coexistence ordre-désordre est mise en évidence par un procédé de filtrage du champ de vitesse.