Équipe “Instabilités et transition”
responsable de l'équipe : Julian Scott
L'étude de l'instabilité est une des fondations de la mécanique des fluides moderne : la plupart des écoulements sont instables au-delà d'un certain seuil, donnant lieu à un changement qualitatif important de la nature de l'écoulement, tel que la transition à la turbulence, l'enclenchement d'un régime oscillatoire ou l'apparition de la convection thermique. Le but d'une étude de stabilité est donc de comprendre les instabilités d'un écoulement de base donné, c'est-à-dire de déterminer les seuils et différents types d'instabilité possibles en fonction des paramètres de l'écoulement, ainsi que la nature des nouveaux écoulements qui résultent de l'instabilité. Les techniques théoriques utilisées à ces fins sont, pour la plupart, analytiques et d'une sophistication mathématique assez élevée : méthodes de perturbations singulières, transformées de Fourier avec nombre d'onde et/ou fréquence complexe, problèmes aux valeurs propres généralisées, etc. Ces approches et l'école de pensée qu'elles tendent à développer au laboratoire donnent une grande unité au sujet. Les résultats qui en découlent demandent des vérifications itératives à l'aide d'expériences particulièrement soignées et des simulations numériques directes.
Thèmes de recherche :
- Transition sous-critique dans les écoulements cisaillés
- Transition et contrôle d'une couche limite tridimensionnelle
- Instabilité d'un fluide tournant soumis à une compression périodique
- Instabilité de convection thermique et transition absolue/convective
- Interaction fluide-structure et applications en biomécanique et aéroélasticité
- Analyse de stabilité “onde courte”
- Dynamique des arcs électriques
- Tectonique des plaques et critères de stabilité en plasticité
Laure Reynard, Daniel Henry, Denis Jeandel, Julian Scott
Dans le but d'améliorer le fonctionnement des disjoncteurs électriques et dans le cadre d'un partenariat avec la société Schneider Electric, le laboratoire a entrepris depuis une quinzaine d'années des études sur la modélisation de l'arc électrique. La dynamique de l'arc dans un disjoncteur implique un fort couplage entre un écoulement compressible de gaz réel et les champs électriques et magnétiques. Ces phénomènes donnent lieu à un écoulement assez complexe et riche en différentes zones (cœur de l'arc, fronts d'ionisation, sillage, et écoulement de gaz "normal" qui contourne l'arc à un nombre de Mach significatif). Les premières études (thèses de J. Noël (1989), Ph. Robin-Jouan (1992), H. Rachard (1995), P. Maruzewski (1999)) ont utilisé la simulation numérique mono- puis bidimensionnelle des équations couplées fluide compressible/champ électromagnétique pour identifier et caractériser les propriétés de l'arc. Plus récemment (thèse de P. Maruzewski et post-doc de G. Ngo Boum), une approche théorique a été proposée dans le cas d'un modèle simple d'un arc axisymétrique infini aspiré en son centre. On a montré l'existence de familles d'arcs stationnaires dont on a pu étudier la stabilité vis-à-vis de perturbations tridimensionnelles. On a ainsi pu identifier différents modes d'instabilité des arcs électriques. Enfin, dans le cadre d'un projet de Schneider Electric sur la simulation tri-dimensionnelle des arcs, nous menons depuis deux ans une étude de simulation tridimensionnelle sur l'amorçage de l'arc électrique dans un disjoncteur. Cette étude est réalisée avec le logiciel industriel de mécanique des fluides N3S-NATUR qu'il faut adapter au traitement des plasmas d'arc électrique.