Appeaux, bouilloires et jets sifflants
Orateur : David Fabre, IMFT
Résumé : L’écoulement d’un fluide passant successivement à travers deux trous se faisant face (hole-tone configuration) est connu pour produire un sifflement caractéristique et puissant. Cette configuration se retrouve notamment dans les bouilloires sifflantes [1], certains appeaux utilisés par les chasseurs pour appeler les oiseaux [3], et également dans le sifflement humain. Le mécanisme physique donnant lieu à cette génération de son a fait l’objet de débats dès les débuts de l’acoustique moderne (Rayleigh, Helmholtz, Bouasse) et n’est toujours pas entièrement compris. En particulier, les contributions respectives de l’hydrodynamique (Instabilité intrinsèque du jet) et de l’acoustique restent à clarifier. Dans un premier temps, nous présenterons les résultats d’une étude expérimentale sur une configuration de type « appeau » [3]. Celle-ci révèle, selon la valeur du débit, l’existence de deux régimes périodiques différents, à haute et basse fréquence, ainsi que plusieurs gammes de régimes chaotiques. Dans un second temps nous mettons en oeuvre une méthode de résolution des équations de Navier-Stokes linéarisées autour d’un champ de base (implémentée dans le projet collaboratif StabFem [6]). Celle-ci permet un calcul rigoureux de l’impédance acoustique, quantité clé permettant de caractériser l’intéraction entre le jet et son environnement acoustique. A l’aide de diagrammes de Nyquist, nous montrons que cette impédance permet de prédire deux types d’instabilités, (i) une instabilité conditionnelle nécessitant la présence d’un résonateur acoustique correctement accordé, et (ii) une instabilité purement hydrodynamique existant même dans le cas strictement incompressible. La méthode est d’abord présentée et validée sur le cas d’un unique trou [4-5]. On démontre l’existence des deux types d’instabilités dans le cas d’un trou d’épaisseur suffisante, liées à l’existence d’une zone de recirculation dans l’épaisseur de la plaque. On applique enfin la méthode à la configuration à deux trous consécutifs. L’approche linéarisée prédit avec un bon accord les fréquences instables des deux régimes périodiques observés dans l’expérience, et donne des pistes pour expliquer l’existence des régimes chaotiques comme le résultat d’une interaction non linéaire entre deux modes dominants.
[1] R. H. Henrywood, A. Agarwal ; Phys. Fluids 25, 107101 (2013)
[2] D. Fabre, P. Bonnefis, P. Luchini & F. Giannetti, International symposium on Musical instruments, 2014.
[3] D. Fabre et al. , Conférence ERCOFTAC SIG-33, Certosa di Pontignano, Sienna, juin 2017.
[4] D. Fabre, R. Longobardi, P. Bonnefis and P. Luchini (2019), J. Fluid Mech, volume 864 10 Avril 2019 , pp. 5-44 pdf
[5] R. Longobardi, D. Fabre, V. Citro, P. Bonnefis & P. Luchini (2019), J. Fluid mech (submitted)
[6] D. Fabre, V. Citro, D. Ferreira Sabino, P. Bonnefis, & F. Giannetti . (2018), Appl. Mech. Rev, Vol. 70/ 060802-1
Date et lieu : vendredi 24 mai 2019 à 11h dans la salle de séminaire IRPHE
Voir en ligne : page personnelle de l’orateur