Dynamique des structures turbulentes - Mise en place d'une plateforme PIV rapide mutualisée entre 4 laboratoires. – HiSpeed PIV

Le projet aborde l'étude des processus fondamentaux en turbulence, avec un accent particulier sur la dynamique des structures cohérentes et leur rôle dans les transferts d'énergie entre échelles. Le coeur de ce projet est mis sur l'approche expérimentale, avec l'acquisition d'un système de PIV (vélocimétrie par images de particules) rapide, basé sur une caméra rapide intensifiée à 1 kHz et un double laser pulsé milli-Joule, qui sera mutualisé entre les différents partenaires expérimentaux du projet : FAST, LIMSI, LadHyX et ENSTA. Deux catégories d'écoulements turbulents anisotropes sont considérées expérimentalement : (i) les écoulements ouverts (de type sillage) ou semi-ouverts (cavité), pour lesquels on se propose d'aborder l'interaction entre les structures élémentaires et les quantités intégrées à grande échelle (puissance, traînée), pouvant servir de point de départ à une stratégie de contrôle ; (ii) les écoulements rendus anisotropes par la présence d'une force volumique, induite par la rotation, la stratification ou le champ magnétique, qui jouent un rôle central en géophysique et astrophysique (océan, atmosphère, dynamo). Ces expériences sont complétées par des études théoriques et numériques (IAS, LMM, LIMSI), visant notamment à décrire les modes d'instabilités des structures élémentaires et la forme des spectres anisotropes. Afin d'aborder ces axes de recherches, deux types d'utilisations de la PIV rapide seront mis en oeuvre : (i) la PIV 2D résolue en temps (Time-Resolved 2D PIV), permettant la mesure de 2 composantes du champ de vitesse à 2 dimensions (2C2D), et offrant un suivi temporel des structures turbulentes jusqu'à 1 kHz ; (ii) la PIV 3D non résolue en temps, par balayage rapide d'une nappe laser pour scanner l'écoulement en volume, permettant la reconstruction de 2 composantes du champ de vitesse à 3 dimensions (3D2C), voire même des 3 composantes à 3 dimensions (3D3C), pour des écoulements lentement variables en temps. La PIV 2D résolue en temps est une technique actuellement en plein essor, disponible commercialement depuis peu, qui permet d'accéder à la dynamique des structures à petite échelle en turbulence. La PIV 3C3D (non résolue en temps), qui en est elle à ses premiers développements, est une approche extrêmement prometteuse qui s'inscrit dans un contexte international très actif. Elle nécessite un important investissement à la fois matériel et d'analyse des données. Ces deux aspects motivent le recrutement d'un ingénieur (1 an), pour participer à la mise en place de ces techniques, et de 3 postdocs (3 ans).