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Surface roughness plays a key role in determining aerodynamic roughness length (zo) and shear velocity, both of which are fundamental for determining wind erosion threshold and potential. While zo can be quantified from wind measurements, large proportions of wind erosion prone surfaces remain too remote for this to be a viable approach. Alternative approaches therefore seek to relate zo to morphological roughness metrics. However, dust-emitting landscapes typically consist of complex small-scale surface roughness patterns and few metrics exist for these surfaces which can be used to predict zo for modeling wind erosion potential. In this study terrestrial laser scanning was used to characterize the roughness of typical dust-emitting surfaces (playa and sandar) where element protrusion heights ranged from 1 to 199 mm, over which vertical wind velocity profiles were collected to enable estimation of zo. Our data suggest that, although a reasonable relationship (R2 > 0.79) is apparent between 3-D roughness density and zo, the spacing of morphological elements is far less powerful in explaining variations in zo than metrics based on surface roughness height (R2 > 0.92). This finding is in juxtaposition to wind erosion models that assume the spacing of larger-scale isolated roughness elements is most important in determining zo. Rather, our data show that any metric based on element protrusion height has a higher likelihood of successfully predicting zo. This finding has important implications for the development of wind erosion and dust emission models that seek to predict the efficiency of aeolian processes in remote terrestrial and planetary environments.

A non uniform heat pulse is used as a non intrusive marker on opaque liquids or highly deformable solid media, in order to estimate both the full velocity and thermal diffusivity fields from thermal image processing. The difficult issue of identifying both the local transport and diffusion properties is addressed by adopting two different inverse approaches. First, a new specific version of the Total Least Squares (TLS) method is implemented, yielding both sensitivity analysis and confidence estimation, with no prior knowledge of the measurement noise variance. A second strategy is proposed from an iterative Digital Image Correlation (DIC) approach, yielding an hybrid DIC/TLS method. Both methods are first validated on simulated data,and calibrated with homogenous materials under uniform displacement. Two different grids are used in order to analyze the effect of the spatial period of the heat pulse on the retrieved parameters. Then, the effective velocity and thermal diffusivity fields are retrieved from...

Not available, Un jet de fluide soumis à un écoulement transversal génère une dynamique très complexe, dont la description et la prédiction constituent un enjeu tant fondamental qu'industriel. L’étude s'appuie sur une corrélation étroite entre l'approche expérimentale et la simulation numérique de l'écoulement. La configuration étudiée concerne une buse de section rectangulaire ayant un rapport d'aspect de 2. L’écoulement transverse et celui du jet sont turbulents. Les rapports de vitesses Uj/Ut sont compris entre 3 et 6. L’expérimentation est successivement conduite en canal à eau et en souffleries. Les résultats proviennent de l'analyse des visualisations ainsi que de l'exploitation des mesures du champ instantané de vitesse et de température par vélocimétrie à 2 fils chauds croisés et fil froid et par vélocimétrie laser à effet doppler. Les mesures sont pour l'essentiel réalisées dans le plan médian du jet. La notion de ligne centrale du jet est d'abord définie et quantifiée. Ensuite une approche métrologique originale permet de mesurer les grandeurs moyennes et leurs fluctuations dans un repère de Frénet porte par les lignes de courant. L’analyse statistique des fluctuations permet la détermination des échelles de turbulence, des flux turbulents et du nombre de Prandtl associé. L’analyse fréquentielle des données montre le caractère fortement instationnaire de l'écoulement. Une fréquence caractéristique émerge nettement des que la vitesse du jet est suffisante. Elle correspond à un nombre de Strouhal de 0.1. La simulation numérique en volumes finis est menée selon une approche stationnaire puis instationnaire. La solution stationnaire ne converge pas vers la moyenne des solutions instationnaires qui se révèle seule en très bonne concordance avec l'expérience, tant sur les valeurs moyennes que sur la prédiction des structures spatio-temporelles. L’émission par une buse rectangulaire ne modifie pas qualitativement l'organisation spatiale et temporelle de l'écoulement observé en buse circulaire. En revanche, la synthèse de nos résultats permet d'une part de préciser quantitativement les champs de vitesse et de température dans la configuration étudiée et d'autre part, de compléter la description habituellement admise de l'évolution temporelle des deux vortex contrarotatifs marquant le développement du jet.

Not available, aCette thèse porte sur l'étude de l'écoulement d'un film liquide mince tombant sous l'effet de la gravité, et soumis ou non à un contre-courant de gaz, dans une conduite cylindrique verticale. Un des objectifs principaux est la caractérisation de la forme de la surface de ce film. Pour aboutir aux équations de cette surface, nous utilisons une technique de réduction du nombre des variables et des équations du problème formulé à partir du système des équations de Navier-Stokes et des conditions aux limites. Le modèle qui en découle constitue une généralisation de la plupart des modèles existant dans la littérature et montre que la structure ultime de la surface est une compétition entre les effets de la gravité, de la tension superficielle et du frottement interfacial. L’analyse de la solution de base nous a permis de caractériser la transition du film descendant au film ascendant, qui pourrait en résulter par une variation de débit de l'une quelconque des deux phases. L’étude linéaire de la stabilité confirme les travaux effectués sur le film plan et complète ces derniers grâce à l'analyse des instabilités convectives. La dérivation asymptotique de l'équation de l'amplitude montre que cette dernière est une équation de Schrödinger non linéaire avec un potentiel cubique. Une résolution numérique des équations du modèle nous a permis de caractériser l'évolution des amplitudes des modes instables et de leurs harmoniques. Les comparaisons entre les amplitudes des vagues et leurs célérités, avec les prédictions de la théorie linéaire sont très satisfaisantes. La simulation numérique directe par la méthode des éléments finis a permis de conforter les prédictions de la théorie linéaire. L’analyse des spectres montre un comportement plus complexe des amplitudes par rapport aux solutions de la méthode intégrale. La détermination de la forme locale du champ des vitesses pour un nombre de Reynolds inferieur à 500, constitue un résultat remarquable

Not available, Ce travail est consacré à la simulation par la méthode des vortex aléatoires des écoulements turbulents et à bulles dans un canal et dans un Té. Dans un premier temps, nous avons étudié l'écoulement monophasique. Pour l'écoulement entre deux plaques, nous avons calculé les grandeurs moyennes (vitesse, pression), les grandeurs statistiques concernant les fluctuations de vitesse et de pression, corrélations double, triple, spatio-temporelles de fluctuations de vitesse longitudinale, et la diffusion par la pression, et nous avons mis en évidence les structures cohérentes. Pour l'écoulement dans un Té, nous avons déterminé la vitesse et la pression moyenne, les fluctuations de vitesses proches de la jonction, les lignes de courant pour mettre en évidence les zones de recirculation. Dans l'écoulement à bulles nous avons déterminé les trajectoires de bulles et les profils de taux de vide dans un canal simple en écoulement ascendant et descendant. Dans le Té, les trajectoires instantanées de bulles et le taux de séparation ont été déterminés. Nous avons retrouvé que les deux phases ne se distribuent pas équitablement entre les deux branches de sortie du Té

Not available, L’écoulement des fluides thixotropes en conduite est très mal connu. Pourtant le nombre de ces fluides est très important ; en particulier dans l'industrie agro-alimentaire. Le but de cette étude de thèse était donc de mettre en place une installation expérimentale permettant l'étude de l'écoulement d'un fluide modèle thixotrope, de caractériser rhéologiquement notre fluide modelé et de donner des éléments de mécanique de ces fluides. Le fluide modèle que nous utilisons est à base d'argile et d'un polymère de cellulose. En ce qui concerne l'installation expérimentale, celle-ci permet de créer un écoulement de fluide à débit contrôlé ; le fluide laisse au repos est en mis en écoulement par déplacement d'un piston, comme pour une seringue. rhéologiquement, nous avons modélisé notre fluide modèle à partir d'une relation contrainte-structure et d'une cinétique d'évolution de la structure. Grâce à ce modèle, nous avons simulé très correctement les cycles d'hystérésis obtenus à vitesse de cisaillement imposée. L’étude de l'évolution des chutes de pression et des profils de vitesse, obtenus par vélocimétrie ultrasonore à effet doppler pulsé, dans le temps mais aussi dans l'espace nous a permis de donner des éléments de mécanique des fluides thixotropes et de mettre en évidence, par exemple, une très nette restructuration du fluide sous écoulement

Not available, On étudie le mélange en cuve agitée par une approche mécanique des fluides. L’écoulement engendré est complexe, tridimensionnel, instationnaire, instable et la turbulence est inhomogène et anisotrope. Ce type d'écoulement nécessite un maillage de mesure fin et l'accès aux trois composantes de la vitesse. Un banc automatisé de vélocimétrie à laser bidimensionnelle rend praticable l'acquisition et le traitement de cette information dont on déduit une cartographie détaillée des champs moyens 3D et des quantités turbulentes. Un premier type d'analyse de ces données, conduit à la connaissance des grandeurs telles que : le tenseur de Reynolds, le taux de dissipation d'énergie, etc., qui notamment au voisinage de la turbine, constituent des conditions aux limites pour les codes de calcul, des paramètres globaux utiles au contrôle du mélange (temps caractéristiques, coefficients de débit et de puissance, etc.). L’autre approche concerne l'analyse de la dynamique de l'écoulement, avec pour projet de réduire cette dynamique très complexe à des modèles plus simples. Dans cette perspective le jet de la turbine est décrit comme une structure autonome ; des phénomènes de déstabilisation sont mis en évidence. Enfin la partie fluctuante de la vitesse dans le jet est décomposée en une partie aléatoire et une partie déterministe à un petit nombre de degrés de liberté

Not available, Cette thèse est consacrée à l'étude expérimentale de la stabilité de l'écoulement entre deux disques dont l'un au moins est en rotation. L’instabilité qui apparait dans cette configuration est du type inflexionnel, elle est due à l'existence d'un point d'inflexion dans le profil de vitesse radiale. Dans une première partie, il s'agit d'étudier l'écoulement de base et d'établir les profils de vitesse correspondants. Ensuite une étude expérimentale a été entreprise grâce à la technique polarographique qui permet la mesure du gradient pariétal de vitesse. Cette étude a permis de mettre en évidence l'existence de tourbillons dans la couche limite du disque tournant, à partir d'un nombre de Reynolds Rr de l'ordre de 10^5. La courbe de stabilité marginale a été établie expérimentalement, il en ressort que des perturbations, propres ou extérieures à l'écoulement, s'amplifient pour des basses fréquences et donnent naissance à des instabilités qui correspondent dans la littérature aux tourbillons de Stuart. L’analyse de la courbe de stabilité marginale a conduit à la détermination d'un nombre de Reynolds critique de l'ordre de 0,7.10^5. Des visualisations, par dépôt électrochimique de cuivre, ont mis en évidence des tourbillons dont la trace sur le disque tournant se présente sous forme de spirales non logarithmiques pour un nombre de Reynolds de l'ordre de 2.10^5