Laboratoire Matière et Systèmes Complexes

Thèse de Annette CAZAUBIEL effectuée sous la direction de Éric FALCON (MSC).

Soutenance le mardi 15 décembre à 14h30.

Lieu pour le jury : bâtiment Condorcet, amphithéâtre Pierre-Gilles de Gennes (niveau -1).

Le public est invité à suivre la soutenance par visioconférence, détails à venir.

Dynamique non-linéaire et cascade en turbulences : turbulence hydrodynamique, turbulence d’ondes et turbulence intégrable

Résumé :

Les modèles de turbulence tendent à prédire l’évolution statistique d’un champ régi par une équation non-linéaire avec des termes de forçage et de dissipation. Pour la turbulence hydrodynamique, le champ de vitesse est gouverné par l’équation de Navier-Stokes. Pour décrire un champ d’ondes aléatoires faiblement non-linéaires en interaction, la théorie de la turbulence d’ondes permet d’obtenir des prédictions sur de nombreuses quantités statistiques. Lorsqu’un champ d’ondes stochastiques obéit à une équation intégrable, on parle de turbulence intégrable. Ces différentes « turbulences » restent des défis théoriques. Afin de mieux les comprendre, il est nécessaire de confronter ces théories à des expériences de laboratoire. Nous avons mené dans cette thèse des études expérimentales sur trois systèmes non-linéaires turbulents. Nous avons mis en place au laboratoire un nouveau dispositif pour engendrer la turbulence hydrodynamique tridimensionnelle. En utilisant des particules magnétiques de petites tailles contrôlées à distance, nous arrivons à forcer le fluide en volume, aléatoirement en espace et en temps. Nous présentons dans cette thèse les principales caractéristiques de la turbulence à petites échelles ainsi engendrée. En utilisant la centrifugeuse de l’ESA, nous avons pu mener des expériences de turbulence d’ondes à la surface d’un fluide en faisant varier la gravité effective jusqu’à 20 fois la gravité terrestre. Nous avons pu notamment montrer l’importance des effets de taille finie du système dans les expériences de turbulence d’ondes. Enfin, en utilisant le grand bassin de l’École Centrale de Nantes, nous avons étudié la propagation unidimensionnelle d’ondes de gravité aléatoires en eau profonde, et la statistique de l’émergence de structures localisées non-linéaires telles que des solitons évoluant sur un fond d’ondes stochastiques.