Vortex et Interface Fluide – VFIN

De nombreuses situations en ingénierie et en environnement impliquent des tourbillons et des interfaces entre deux fluides. On peut citer le sillage de corps flottants ou immergés à faible profondeur, où des tourbillons se forment sous la surface de l'eau, ou le sillage d'hélices et de foils où les tourbillons d'extrémité peuvent caviter ou piéger de l'air atmosphérique en leur sein. Dans ces deux cas, la présence d'une interface située soit à proximité du tourbillon, soit dans son cœur, modifie de manière significative les propriétés d'instabilité du système et sa dynamique. Dans ce projet, nous souhaitons approfondir nos connaissances sur cette interaction entre tourbillon et interface. Les installations expérimentales de canal à eau de l'IRPHE (Marseille) et de d'Alembert (Paris) seront adaptées à l'étude de l'interaction d'un vortex d'extrémité forcé à faible profondeur avec la surface air-eau. Dans certaines conditions, ce vortex est capable de piéger des bulles d'air, modifiant ainsi les instabilités. Dans l'installation de cuve tournante du LMFA (Lyon), une interface cylindrique entre une bulle de fluide léger autour de l'axe entourée d'un fluide plus lourd en rotation quasi-solide sera générée. Cette expérience prototypique devrait donner lieu à de nouvelles résonances entre les ondes capillaires et les ondes de Kelvin, et aider à la compréhension de situations plus complexes. Les expériences seront couplées à une modélisation théorique (théories asymptotiques à l'IRPHE, analyse de stabilité linéaire) et à des simulations numériques directes (Basilisk à d'Alembert). Des résultats scientifiques sont attendus sur le plan fondamental, mais aussi dans les domaines de l'ingénierie et de l'environnement : la signature de surface des corps immergés ou flottants (hydrofoils, sous-marins), l'identification des sources de bruit dans les tourbillons (derrière les hélices, les foils) ou l'aérodynamique des surfaces portantes à proximité de la surface (foils, turbines).