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Informations
Publié par | Thesee |
Nombre de lectures | 503 |
Langue | Français |
Poids de l'ouvrage | 15 Mo |
Extrait
Î
AVERTISSEMENT
Ce document est le fruit d'un long travail approuvé par le
jury de soutenance et mis à disposition de l'ensemble de la
communauté universitaire élargie.
Il est soumis à la propriété intellectuelle de l'auteur. Ceci
implique une obligation de citation et de référencement lors
de l’utilisation de ce document.
D’autre part, toute contrefaçon, plagiat, reproduction
illicite encourt une poursuite pénale.
Contact SCD Nancy 1 : theses.sciences@scd.uhp-nancy.fr
LIENS
Code de la Propriété Intellectuelle. articles L 122. 4
Code de la Propriété Intellectuelle. articles L 335.2- L 335.10
http://www.cfcopies.com/V2/leg/leg_droi.php
http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm Université Henri Poincaré− Nancy 1
UFR STMP
Ecole Doctorale EMMA
Département de formation Do Mécanique− Energétique
LEMTA− UMR 7563 CNRS, NANCY - UNIVERSITE
Thèse de Doctorat
Discipline : Mécanique
présentée et soutenue publiquement par
Ahmed ESMAEL
le 14 novembre 2008
Transition vers la turbulence pour un fluide à seuil
en écoulement dans une conduite cylindrique
jury
Président Jean Pierre Brancher Professeur, INPL (Nancy)
Rapporteurs Jan Dušek Université Louis
Pasteur (Strasbourg)
Ian Frigaard Professeur, Université de
British Columbia (Canada)
Examinateurs Alessandro Bottaro Professeur, Université
de Gênes (Italie)
Chérif Nouar DR, CNRS, Nancy
(Directeur de thèse)
Emmanuel Plaut Professeur, INPL (Nancy)
José Eduardo Wesfried DR1, CRNS (ESPCI, Paris)
Invité Alain Lefevre Maître de Conférences HC,
INPL (Nancy)i
Remerciements
Le mémoire de thèse présenté ici a été effectué au sein du Laboratoire d’Energé-
tique et de Mécanique Théorique et Appliquée (LEMTA), UMR 7563 CNRS Nancy-
Université sous la direction de Monsieur Chérif Nouar, Directeur de recherche au
1CNRS . Mes remerciements s’adressent aux personnes qui ont bien voulu m’accom-
pagner au cours de la thèse.
J’aimerais, en premier, exprimer ma profonde gratitude à Chérif Nouar directeur
de recherche au CNRS pour avoir assuré la direction de cette étude, je souhaite,
également, lui exprimer mes sincères remerciements. Durant ces quatre années de
thèse, sa disponibilité à toute épreuve, son soutien ainsi que son envie de partager
sa passion et ses connaissances m’ont permis d’avancer dans un climat de grande
confiance. Je le remercie encore pour l’aide accordée durant la rédaction de ce mé-
moire.
J’adresse mes respectueux remerciements à Jean-Pierre Brancher, Professeur à
l’ENSEM, pour son soutien et ses bons conseils. Merci pour m’avoir fait l’honneur de
présider mon jury de thèse. Je tiens à remercier Ian Frigaard, Professeur de l’Univer-
sité de Colombie Britannique (Canada). J’associe à ces remerciements Jan Dušek,
Professeur de l’Université Louis Pasteur (Strasbourg), tous deux m’ayant fait l’hon-
neur de rapporter mon travail.
Je tiens aussi à exprimer toute ma gratitude à Alessandro Bottaro, Professeur
de l’Université de Gênes (Italie), et à José Eduardo Wesfried, directeur de recherche
classe I au CNRS (ESPCI, Paris), ainsi qu’à Emmanuel Plaut, Professeur de l’INPL
(Nancy) d’avoir accepté de faire partie du jury, d’avoir jugé ce travail et communiqué
leurs remarques pertinentes.
Un chaleureux remerciement aussi à Alain Lefevre, Maître de Conférences à
l’ENSEM pour sa disponibilité ces multiples conseils et pour m’avoir aidé à résoudre
les problèmes techniques ainsi que sa participation à la soutenance en tant qu’invité.
Je remercie les secrétaires, informaticiens et techniciens du laboratoire spéciale-
ment “Daniel Sand” pour leur gentillesse et leur disponibilité. Je tiens à exprimer
toute ma reconnaissance aux membres du LEMTA pour l’accueil chaleureux qu’ils
1Centre National de Recherche Scientifiqueii
m’ont réservé.
Dans ces remerciements, je ne voudrais pas oublier mes collègues chercheurs pour
leur gentillesse et les moments agréables que nous avons pu savourer ensemble. Je
pense particulièrement à A. EL Shrif, R. Arieby, M. Haboussi, A. Hamami, H. Ben
Trad, A. Yahia, A. Chekila et N. Rolland. Je n’oublie pas non plus mon ami de
plus longue date qui sait toujours m’apporter joie, bonne humeur, soutien, écoute,
partage...., il s’agit d’Imhimmad Ismail.
Un grand merci à mon épouse Mariam qui a pris l’aventure en marche et m’a
accompagnée jusqu’à son terme. Je lui suis reconnaissant de ce qu’elle m’a apporté,
de son soutien jusqu’au dernier moment, de sa confiance dans mon travail....
Je terminerai par ma grande famille spécialement mes enfants, Asraa, Taha, Yas-
sin, Anfal, ma sœur “Fatma” et finalement mon petit MUHAMMAD.
Un grand MERCI à ma mère.
ESMAEL Ahmed. Nancy, Novembre 2008.
Cette étude n’a pu être réalisée que grâce au soutien financier accordé par le ministère
de l’éducation, de l’enseignement supérieur de la libye.
Table des matières
1 Introduction 1
1.1 Introduction................................ 1
1.1.1 Turbulenceélastique....................... 2
1.1.2 Ecoulement chaotique induit par le caractère
rhéofluidifiant........................... 5
1.1.3 Asymétriedel’écoulement.................... 5
1.2 Tentatived’analyse:Objectifsdelathèse ............... 9
1.3 Transition vers la turbulence pour des fluides Newtoniens : Turbulence
inertiele.................................. 12
1.4 Plandumémoire............................. 15
2 Analyse linéaire de stabilité 17
2.1 Introduction................................ 17
2.2 Equationsgouvernantleproblème.................... 17
2.3 Ecoulementdebase............................ 20
2.3.1 Equationsadimensionneles ................... 21
2.4 Formulation du problème de stabilité linéaire. . . . . . . . . . . . . . 26
2.5 Comportement aux temps longs de la perturbation . . . . . . . . . . 35
2.6 Résolutionnumérique........................... 36
2.7 Analyse des résultats et discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.7.1 Comportement aux temps longs de la perturbation . . . . . . 39
2.7.1.1 Perturbation unidimensionelle α˜ = m=0 ...... 42
2.7.1.2 P axisymétrique m=0 .......... 43
2.7.1.3 Perturbation homogène dans la direction axiale α =
0 et m=0 ....................... 49
2.7.1.4 Perturbation oblique α˜ =0, m=0 50
2.7.2 Non-normalité : Pseudospectre et image numérique . . . . . . 55
2.7.2.1 Cas d’une perturbation axisymétrique . . . . . . . . 56
2.7.2.2 Cas d’une p homogène dans la direction
axiale α˜ =0 56
2.7.2.3 Cas d’une perturbation tridimensionnelle . . . . . . . 59
2.7.3 Croissance transitoire et perturbation optimale . . . . . . . . 60
2.8 Condition de non-augmentation de l’énergie de la perturbation . . . . 71
2.8.1 Analyse des résultats et discussion . . . . . . . . . . . . . . . 73
2.9 Conclusion................................. 81
iiiiv TABLE DES MATIÈRES
3 Installation expérimentale, techniques de mesures et fluides utilisés 83
3.1 Introduction................................ 83
3.2 Instalationexpérimentale........................ 84
3.3 Techniques de mesures utilisées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.3.1 Mesuresdespertesdecharge .................. 87
3.3.2 Mesuresdesdébits 88
3.3.3 Contrôledelatempératuredufluide.............. 88
3.3.4 Mesuresdesviteses ....................... 89
3.3.5 Déterminationdelapositiondelaparoi............ 92
3.4 Fluides utilisés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
3.4.1 préparation des fluides et propriétés physico-chimiques . . . . 94
3.4.1.1 préparation de la solution de Carbopol . . . . . . . . 94
3.4.1.2 de la solution de CMC7M1C . . . . . . . 97
3.5 Caractérisationsrhéologiquesdesfluides................ 97
3.5.1 Viscositéeffective......................... 97
3.5.2 Première différence de contraintes normales . . . . . . . . . . 98
3.6 Analyserhéologique............................ 9
3.6.1 SolutiondeCMC71MCà2% .................. 99
3.6.2 SolutiondeCarbopol940à0.2%102
3.6.3 Testdefluage...........................106
3.6.4 Conclusion.............................106
4 Résultats et discussion 109
I Régime laminaire 111
4.1 Ecoulement de Hagen-Poiseuille d’un fluide à seuil . . . . . . . . . . . 113
4.2t de d’un fluide
rhéofluidifiantsansseuil.........................120
II Régime pré-turbulent 125
4.3 CasdelasolutiondeCarbopol .....................127
4.3.1 Transition vers la turbulence pour la solution de Carbopol :
Identific