Turbulence et écoulements Géophysiques

La compréhension de la dynamique des écoulements turbulents reste un défi majeur pour physique dite « hors équilibre ». Ces écoulements, qui sont utilisés pour de multiples applications industrielles, jouent un rôle prépondérant dans de nombreux phénomènes naturels.

Les recherches menées au SPHYNX visent à caractériser les transferts énergétiques entre les différentes échelles de l’écoulement, depuis les grandes échelles d’injection jusqu’aux petites structures dissipatives intermittentes. Pour les écoulements mus par la convection thermique, nous avons réalisé une observation claire du « régime ultime » de la convection thermique, qui a lieu dans les écoulements géophysiques et astrophysiques. Dans l’océan et l’atmosphère, le gradient méridien de température entre l’équateur et les pôles crée également un écoulement fortement turbulent. Pour le transport turbulent qui en découle, nous avons développé une théorie fondée sur l’étude de modèles idéalisés de complexité croissante.

Les propriétés à grande échelle d’un écoulement turbulent, sont intimement liées à la manière dont l’écoulement dissipe, à petite échelle, l’énergie : la turbulence génère des structures dissipatives intenses à très petite échelle qui restent hors de portée de la plupart des études expérimentales. Nous avons donc conçu une expérience de laboratoire « Giant Von Karman », qui offre une opportunité unique pour la caractérisation spatio-temporelle détaillée de ces petites structures dissipatives intermittentes, en relation avec d’éventuelles singularités des équations d’Euler et de Navier-Stokes. Afin d’accéder à ces structures, nous développons deux types de méthodes de métrologie optique : nous avons conçu une méthode innovante de Spectroscopie d’Ondes multi-Diffusées qui permet la mesure spatio-temporelle directe du taux de dissipation turbulent au niveau d’une paroi solide. Nous développons également de nouveaux algorithmes de post-traitement pour la Vélocimétrie par Imagerie de Particules afin de mesurer des champs Lagrangiens, Eulériens et de pression 3D extrêmement denses et résolus dans le temps.