Étude expérimentale d'un anneau tourbillonnaire en fluide newtonien et non newtonien en régime faiblement inertiel

Ce travail de thèse présente une étude expérimentale de la formation et de la maturation d’un anneau tourbillonnaire avec pour objectif la caractérisation de la structure et de la dynamique globale pour des nombres de Reynolds faibles à modérés (entre 5 et 500) en fluide newtonien et non newtonien. Le dispositif expérimental consiste en un système tube cylindrique-piston dont la partie basse est immergée dans une cuve. Les campagnes de mesure ont été menées à l’aide de visualisations par colorant et par vélocimétrie par images de particules (PIV). Une première partie du travail effectuée en fluide newtonien a permis d’explorer qualitativement et quantitativement la dynamique à faible nombre de Reynolds. Celle-ci se révèle plus complexe que celle classiquement observée à grands nombres de Reynolds avec notamment l’apparition d’un anneau secondaire contrarotatif. Les résultats obtenus en fluide rhéofluidifiant montrent l’influence de l’indice de comportement sur le développement et la propagation de l’anneau. Le calcul des champs de vitesse de cisaillement permet d’analyser les résultats en termes de zones de comportement rhéofluidifiant et zones de comportement newtonien. Enfin une exploration en fluide viscoplastique et viscoélastique a été réalisée. Dans les deux cas on montre la formation d’un (en fluide viscoélastique) ou de plusieurs (en fluide viscoplastique) anneaux secondaires contrarotatifs, un phénomène que l’on peut associer aux propriétés physiques intrinsèques du fluide.