Etude expérimentale d’un cylindre en précession : du régime laminaire à la turbulence
Orateur : Johann Hérault
Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf, Dresde, Allemagne
Résumé : Le mouvement de précession consiste à imposer deux mouvements de rotation à un objet solide. L’expérience la plus commune est celle de la toupie dont l’axe de rotation initial suit une seconde rotation, décrivant ainsi un cône. Cette précession peut entrainer un écoulement grâce à la force gyroscopique associée à la composition des vitesses.
Dans notre étude expérimentale, nous avons étudié l’effet progressif de cette précession sur un cylindre contenant de l’eau, avec les axes de précession et rotation perpendiculaires. Nous avons identifié trois régimes : laminaire, non-linéaire et turbulent, qui sont délimités par l’apparition de deux transitions distinctes.
Le mécanisme de la première instabilité (entre le régime laminaire et non-linéaire) repose sur la résonance paramétrique entre un mode inertiel forcé par la précession et deux modes inertiels libres (Kerwell 1999, Lagrange 2008-2011). Nous montrerons que les fréquences propres de ces deux derniers modes varient en fonction de l’intensité de la précession. Cette variation peut être en partie expliquée par la présence d’une rotation différentielle de l’écoulement géostrophique.
La seconde bifurcation (entre le régime non-linéaire et turbulent) est sous-critique et est associée à une discontinuité des variables physiques (pression et puissance). De plus, ces variables décrivent un cycle d’hystérésis à la transition, le régime turbulent ou non-linéaire peut être observé selon la procédure expérimentale optée. Nous montrerons que l’état turbulent est finalement métastable dans cette région de l’espace des paramètres, c’est à dire que la turbulence relaxe spontanément après une durée aléatoire vers le régime non-linéaire. Nous décrirons les propriétés statistiques de ces durées aléatoires (distribution exponentielle et comportement critique de leur moyenne).
Date et lieu : le Vendredi 20 Février 2015, à 11h, salle de séminaire d’IRPHE