Dynamique tourbillonnaire - Application à l'impact environnemental de structures immergées - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2012

Vortex dynamics - Application to the environmental impact of immersed structures

Dynamique tourbillonnaire - Application à l'impact environnemental de structures immergées

Adrien Poupardin
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 942342

Résumé

The study was performed experimentally. The vortices are generated by interaction between a monochromatic wave and a horizontal thin plate used as vortex generator. Their characterisation has been done in two and three dimensions. The two-dimensional vortex dynamics is characterized using PIV measurements. We observed the formation of downstream and upstream vortex pairs which are mutually advected toward the flume bottom and the free surface respectively. These evolutions are characterised through mean vortex trajectories computed thanks to λ2 criteria. It shows the presence of two stagnation point at the flume bottom due to the vortex pair advection and to the presence of two adjacent recirculation cells under the plate. These points would be a location of scouring phenomenon in the case of a sea bed. The three-dimensional vortex destabilisation has been studied thanks to the stereo-videography. The vortex cores are visualised with hydrogen micro bubbles generated at the edges of the plate by electrolysis. The deformation modes study, using a Fourier and a wavelet analysis, revealed that the deformation modes vary over the wave period. Strong axial velocity had been visualised on the vortex cores from the beginning of their development. These velocities are characteristics of strong destabilisations and vortex bursting.
L'étude de la dynamique tourbillonnaire autour des structures immergées dans la mer est entreprise pour comprendre l'impact de ces implantations sur l'environnement. Les tourbillons sont étudiés en considérant l'interaction entre une plaque horizontale et une houle monochromatique. Cette houle est générée dans un canal à houle vitré possédant un batteur et une plage d'amortissement. La Vélocimétrie par Image de Particule (PIV) et la Stéréo-Vidéographie sont utilisées pour suivre les tourbillons dans leur évolution. La PIV, qui est une technique de visualisation 2D, a permis de montrer que les tourbillons jouent un rôle essentiel dans la dynamique de l'écoulement autour de la plaque. En effet, l'écoulement est très différent de celui prédit par les modèles analytiques qui ne prennent pas en compte la dynamique tourbillonnaire. Émis aux bords de plaque, ces tourbillons évoluent par paires et sont advectés dans le sillage de la plaque en amont et en aval. De très fortes vitesses sont induites lors de l'advection des tourbillons et rendent l'écoulement autour de la plaque fortement asymétrique. Cette asymétrie est aussi constatée lorsque la circulation autour de la plaque est calculée. Elle induit des efforts de portance non négligeables sur la plaque. À chaque nouvelle période de houle, les paires de tourbillons alimentent des cellules de recirculation autour de la plaque. Au fond du canal, ces dernières induisent des points de stagnation et conduiraient à de l'affouillement dans le cas d'un lit sédimentaire. La Stéréo-Vidéographie a, quant à elle, permis de représenter l'évolution spatio-temporelle des filaments tourbillonnaires. Ces représentations, ainsi qu'une analyse spectrale, ont permis de montrer qu'il n'existe pas de longueurs d'onde caractéristiques de déformation des filaments tourbillonnaires. Cependant, trois perturbations de grande longueur d'onde ont pu être identifiées. Leur longueur d'onde et leur position varient au cours du temps. Elles pourraient être associées au développement d'ondes, type soliton, observées au cœur du tourbillon. De fortes vitesses axiales ont été mesurées au cœur des tourbillons dans le sillage de ces ondes. Ces vitesses sont caractéristiques de fortes déstabilisations ainsi que d'éclatements tourbillonnaires.
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Dates et versions

tel-00832174 , version 1 (10-06-2013)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00832174 , version 1

Citer

Adrien Poupardin. Dynamique tourbillonnaire - Application à l'impact environnemental de structures immergées. Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Université du Havre, 2012. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00832174⟩
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