Étude du décollement mobile dans les écoulements tourbillonnaires

Une couche limite est dite décollée quand les lignes fluides, initialement longeant une paroi solide, s'en détachent brutalement. Sur une aile d'avion, cela provoque une diminution de la portance et une augmentation de la traînée. Les mêmes effets sur une aube de compresseur engendrent une baisse de performance. Puisque le rendement optimal des systèmes utilisant la circulation d'un fluide est souvent proche des conditions qui mènent au décollement, il est impératif de pouvoir le prédire pour développer des stratégies de contrôle. Depuis les travaux pionniers de Prandtl qui a été le premier à introduire le concept de couche limite, un critère universel de prédiction du décollement, c'est-à-dire applicable à tous les écoulements quelles que soient leurs conditions, n'a toujours pas été élaboré. De nombreuses théories ont vu le jour, mais elles s'appliquent toujours avec des hypothèses restrictives sur l'écoulement (nécessité d'utiliser les équations de couches limites, valide uniquement en incompressible, etc.). Bien qu'historiquement le décollement ait été décrit en lagrangien en observant simplement le détachement du fluide d'une paroi, ce sont plutôt des critères eulériens qui le plus souvent sont évoqués pour quantifier le décollement dans la littérature scientifique. Cette première approche lagrangienne a néanmoins été reprise il y a seulement une dizaine d'années et a permis de voir le phénomène sous un jour nouveau, ce qui a abouti à une nouvelle théorie, unifiant par ailleurs des résultats indépendants en apparence contradictoires obtenus sur des écoulements différents. Il semble cependant que cette nouvelle théorie ne soit pas encore complète. L'objectif de ce travail est de mettre en évidence certaines caractéristiques du décollement qui ne sont pas prises en compte dans les développements théoriques récents en l'étudiant sur une variété de cas allant des plus simples, comme dans les écoulements visqueux, aux plus complexes, comme dans les écoulements tourbillonnaires. Des approches analytiques et numériques sont proposées pour détecter le décollement, et sont ensuite appliquées à des champs de vitesse analytiques, numériques (méthode des éléments finis) et expérimentaux (vélocimétrie par image de particules).Bien qu'une nouvelle théorie ne soit pas proposée,nous montrons quelles approches lagrangiennes issues des systèmes dynamiques sont définitivement pertinentes puisqu'elles ne travaillent qu'avec la cinématique des fluides, ce qui les rend indépendantes du régime de l'écoulement, des acompressibilité ou encore du référentiel choisi.