Interactions fortes Ondes de surface/ tourbillons et autres diffuseurs – Tourbillonde

L'étude de la propagation des ondes à la surface de l'eau est un sujet à part entière qui a des nombreuses applications pratiques, par exemple dans le domaine de l'ingénierie marine et côtière. Cette propagation est également souvent citée comme un équivalent de la propagation des ondes acoustiques dans les fluides (analogie hydraulique). D'un point de vue expérimental et comparé à l'acoustique, l'avantage de manipuler des ondes de surface est double : d'une part, on visualise le champ directement par la déformation de la surface libre, d'autre part, la longueur d'onde (grande) et la célérité (faible) des ondes de surface permettent d'explorer des régimes d'interaction forte, notamment dans le régime transsonique (nous pensons ici à des tailles et des vitesses de référence qui sont celles d'un tourbillon par exemple). Notre équipe possède déjà une bonne expertise dans ce domaine car nous avons mis au point une telle expérience il y a quelques années, dans le cadre d'une jeune équipe CNRS. En octobre 2006, nous avons démarré la thèse de Pablo Cobelli sur l'étude de l'interaction d'une onde de surface avec un tourbillon. Voici les deux axes principaux que nous voulons développer. Ils sont l'objet actuellement d'une intense mobilisation de la communauté scientifique. · La multidiffusion d'ondes de surface: Dans le cadre du développement de recherche sur les énergies propres, la houle est un réservoir d'énergie encore inexploité. Depuis très récemment, des équipes de recherche, essentiellement asiatiques (Xinhua Hu à Hong Kong, Zi à Shangaï, Jeong à Séoul…), ont montré, à partir d'idées et d'outils de la physique des solides, qu'il était possible de diriger une onde dans l'objectif de la focaliser en un point où son énergie pourrait être exploitée. Par exemple, il a été mis en évidence qu'une répartition périodique de diffuseurs cylindriques (un cristal de diffuseurs) permet de focaliser les ondes de surface. Dans ce contexte, nous voulons tester la robustesse de la focalisation pour des assemblées de diffuseurs désordonnées. Outre l'intérêt propre de cette étude, l'objectif est de disposer d'un montage et de techniques de mesures solides pour étudier un système moins connu: la multidiffusion par une distribution de tourbillons. L'équivalence de ce milieu avec un milieu effectif a été montré théoriquement mais jamais validé expérimentalement. Une distribution aléatoire de tourbillons modélise raisonnablement un écoulement turbulent et cette étude permettrait de proposer à moyen terme une méthode de diagnostic acoustique des écoulements turbulents. ·Trou noir pour les ondes à la surface de l'eau: Depuis une dizaine d'années de nombreux théoriciens en relativité générale s'intéressent à des modèles analogues des trous noirs dans la physique « classique ». Il est ainsi apparut, grâce à ces analogies, qu'il est possible d'imaginer en mécanique des fluides des expériences simulant la propagation des ondes lumineuses autour des trous noirs. La plus simple des ces expériences est justement celle qui correspond à la propagation d'une onde de surface au voisinage d'un tourbillon de vidange. La littérature théorique (de plus en plus abondante) prévoit un phénomène de super-résonance dans la région « transsonique » du tourbillon de vidange. A la lumière de ces prédictions il apparaît clairement une demande de la communauté pour des expériences qui viendraient alimenter la théorie et confirmeraient le mécanisme de résonance à la base de la physique des trous noirs. Notre objectif est de réaliser la première mise en évidence expérimental de ce phénomène. L'idée de monter cette expérience est née plus anciennement entre nos équipes à l'ESPCI (A. Maurel/LOA & P. Petitjeans/ PMMH) et à l'Université du Mans (V. Pagneux/LAUM) car l'avantage qu'offrent les ondes de surface s'appliquent à d'autres sujets qui nous intéressent. · L'existence de modes piégés autour d'obstacles : L'existence de modes piégés d'ondes de surface autour d'un ou plusieurs c