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Responsables :

Christophe Clanet
  
José Bico
  

Mathilde Reyssat
  
Marc Fermigier
  

Nicolas Brémond
  


Centre de Recherche

Niveau : 2e année

Langue du cours : Français

Période : tronc commun

Nombre d'heures : 72

Crédits ECTS : 4
HYTR Hydrodynamique et transport
Ressources Pédagogiques :
Cours : 25 h - Travaux dirigés : 5 h - Préceptorat : 4 h - Travaux pratiques : 37.5 h

Objectifs

Ce cours est une introduction générale à la mécanique des fluides pour les physiciens et les chimistes. Il vise à donner les notions fondamentales pour la compréhension de la dynamique des écoulements et pour le transfert de masse et de chaleur. L'accent est mis sur la détermination des ordres de grandeur pertinents, sur l'utilisation judicieuse des paramètres physiques sans dimension et le raisonnement en lois d'échelle.

Le cours est accompagné de 4 travaux dirigés (cinématique, lubrification, écoulements potentiels, couches limites) et 2 séances de préceptorat (micro-projet expérimental).
Ce cours est également associé à des travaux pratiques (typiquement 4 expériences tirées au sort sur 11).

Contenu


  1. Qu'est-ce qu'un fluide ?
    • à l'état microscopique
    • lien avec le macroscopique : ρ, η, E, γ
    • le modèle de Maxwell

  2. Comment décrire son mouvement ?
    • lois de conservation (générales)
    • lois phénoménologiques (spécifiques: Newtoniennes et autres)
    • l'équation de Navier-Stokes et le nombre de Reynolds

  3. sous quelle condition peut-il ne pas s'écouler ?

    • Archimède et l'atmosphère
    • la mer est plate, les gouttes non

  4. et si je le secoue ?
    • vitesse du son
    • onde de surface
    • instabilité de Rayleigh-Taylor

  5. Comment le miel coule-t-il ?
    • s'écouler à bas Reynolds
    • se déplacer à bas Reynolds

  6. Comment un super fluide coule-t-il ?
    • écoulement du fluide parfait
    • se déplacer dans un fluide parfait

  7. Et si je le secoue ?
    • vagues, rides et sillages
    • instabilité de Kelvin-Helmholtz
    • bienvenue chez les vortex !

  8. comment les avions volent-ils ?
    • couche limite
    • décollement de couche limite
    • Ce qui se cache derrière Kutta et Joukowski

  9. Comment l'eau coule-t-elle ? : MAL !
    • Une cascade d'instabilités
    • Une cascade de tourbillons : turbulence homogène-isotrope

  10. Plus vite que le son ?
    • écoulements compressibles
    • analogie avec les écoulements en eau peu profonde

  11. Couplages Fluide et Elasticité
    • origami, nénuphar et toiles d'araignées
    • les flagelles
    • drapeaux et champs de blé

Préceptorat


  • Analyses en loi d'échelle
  • Propulsion animale
  • Avalanches et courants de gravité
  • Interaction fluide/structure élastique
  • Comprendre et interpréter des écoulements variés à partir de vidéos

Travaux pratiques


Nous développons les thèmes suivants :

  1. Sédimentation / fluidisation :
    • Lit fluidisé : fluidisation d'un lit de sable par un écoulement ascendant, puis sédimentation (petit nombre de Reynolds)
    • Billes et bulles : ascension de bulles dans un bain en milieu libre ou confiné, bulles toriques; comparaison avec la chute de particules (grand nombre de Reynolds)

  2. Champs de vitesse :
    • Panache thermique: mesure d'un champ de vitesse par PIV (Particle Image Velocimetry) dans un écoulement convectif.
    • Vagues : étude de la propagation de vagues sur une cuve, relation de dispersion, atténuation, visualisation du champ de vitesses.
    • Feuilles dans le vent : mesure d'un champ de vitesses derrière un obstacle par anénométrie à fil chaud. Mesure du coefficient de traînée d'un objet déformé par l'écoulement (couplage élasticité / mécanique des fluides).
    • Sillage derrière un obstacle (expérience) : mesure d'un champ de vitesses par LDA (Laser Doppler Anenometry). Mesure du seuil d'instabilité de l'écoulement et de la fréquence des oscillations (dans le régime instable).
    • Sillage derrière un obstacle (numérique) : simulation numérique par éléments finis (logiciel FreeFem++) de l'instabilité du sillage d'un écoulement derrière un obstacle. Taux de croissance, amplitude et fréquence des oscillation.

  3. Mouillage, tensiométrie, physico-chimie :

    • Capillarité: Imprégnation capillaire, drainage visqueux et dépôt de film.
    • Impacts : étude de l'impact de gouttes sur des surfaces de mouillabilités différentes. Utilisation d'une caméra numérique rapide.
    • Diffusion et viscosité: étude de la dispersion de colorant dans un écoulement dans un système microfluidique, mesure d'une viscosité inconnue grâce à un dispositif micro-fluidique.

  4. Matériaux granulaires :
    • Avalanches : étude de l'écoulement d'un milieu granulaire sec sur un plan incliné. Mesure des angles critiques et de la relation entre l'épaisseur et la vitesse de l'avalanche.


Niveau requis : notions de base en mécanique des fluides : fluides parfaits, fluides visqueux, notion de nombre de Reynolds, approche en lois d'échelle

Modalités d'évaluation : examen écrit (cours) 2 comptes-rendus de TP tirés au hasard et cahier de manip (TPs)

Dernière mise à jour : vendredi 28 avril 2017

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