Développement de la méthode électrodiffusionnelle pour la mesure instantanée des deux composantes du frottement pariétal

Les travaux de cette thèse portent sur le développement de la méthode électrodiffusionnelle (ED), technique de mesure du cisaillement d'un fluide sur une paroi, en vue d'étendre son domaine d'utilisation et d'améliorer ses performances. Un post-traitement de données particulier a notamment été élaboré, permettant d'évaluer le module et la direction du gradient pariétal de vitesse instantané dans un écoulement instationnaire exposant de fortes fluctuations. Le principe derrière la méthode ED est, à la base, électrochimique : des ions contenus dans un fluide sont impliqués dans une réaction d'oxydoréduction se produisant à l'interface d'une sonde intégrée à la paroi. Sous certaines conditions (généralement peu contraignantes), il est possible de relier le courant électrique généré par cette réaction ou transfert de masse au gradient pariétal de vitesse du fluide. Toutefois, les modèles classiquement utilisés pour effectuer cette conversion limitent largement les performances des sondes ED lorsque des effets instationnaires et tridimensionnels apparaissent dans l'écoulement. Une approche novatrice est proposée dans cette thèse pour faire face à une telle situation, basée sur l'utilisation d'un problème inverse bidimensionnel. Cette démarche demande de résoudre numériquement les équations gouvernant la réaction électrochimique se déroulant à la sonde, laquelle peut essentiellement être représentée par l'équation de convection–diffusion (CD) des ions impliqués. Alors qu'un problème inverse avait déjà été utilisé avec la méthode ED avant les travaux présents, il n'avait été développé que pour la mesure du module du gradient pariétal de vitesse. Une hypothèse à la base de cette thèse est que, en ajoutant une dimension à ce problème, sa direction devient aussi accessible. Cette adaptation est possible grâce à l'usage d'une sonde dite tri-segmentée, capteur circulaire divisé en trois secteurs uniformes. Dans ces travaux, les équations définissant ce problème bidimensionnel sont d'abord développées et mènent ensuite à l'algorithme de résolution du problème inverse. Puis, l'approche est validée en simulant numériquement des mesures de sondes ED dans diverses conditions d'écoulement. Afin d'étudier le comportement fréquentiel des sondes ED et de compléter la validation du problème inverse, deux bancs de mesures ont été conçus et développés dans le cadre de cette thèse. Le premier consiste en un tunnel hydraulique, comportant une section d'essai formée de deux plaques parallèles séparées par un très mince interstice, de façon à générer un écoulement de Poiseuille caractérisé par un cisaillement élevé. Un dispositif de pulsation permet d'ajouter des fluctuations périodiques de forte amplitude à l'écoulement.