Experimental study of instabilities in turbulent Rayleigh Benard Convection and Path instability of rising bubbles

Etude expérimentale d'instabilités à travers la convection turbulente de Rayleigh-Bénard et les instabilités de trajectoires de bulles en ascension Les présents travaux portent sur deux problèmes classiques de mécanique des fluides: la convection turbulente de Rayleigh-Bénard en rotation et l’instabilité de la trajectoire de bulles en ascension dans un liquide. Pour ce qui concerne la convection turbulente de Rayleigh-Bénard en rotation, les champs de vitesse et de température ont été mesurés respectivement par PIV (Particle Image Velocimetry) et par LIF (Laser Induced Fluorescence) dans le plan de symétrie vertical de notre cellule cylindrique de rapport d’aspect 1. Les résultats de PIV confirment l’affaiblissement de la circulation à grande échelle en fonction des nombres Rossby décroissants – jusqu’à sa disparition totale – ainsi que la formation de colonnes de vortex en régime dominé par la rotation. Par des corrélations croisées sur le champ de vitesse, il a été possible de montrer expérimentalement que la vorticité dans les colonnes changeait de signe au centre de la cellule. Les fluctuations de vitesses dans la cellule sont fortement anisotropiques et suivent une loi d’échelle en Ro0.2 en régime affecté par la rotation. La température des colonnes de vortex tout comme celle des panaches a été estimée par des mesures LIF. Pour ce qui concerne l’instabilité de la trajectoire de bulles en ascension, les bulles petites montent verticalement, alors qu’au-dessus d’une certaine taille, elles montent en zigzag ou en suivant une trajectoire hélicoïdale. De nouveaux points expérimentaux sur la courbe de stabilité marginale ont été obtenus en travaillant dans des huiles de silicone de 5 et 10 cst et dans l’eau. L’accord avec les résultats des simulations numériques les plus récentes n’est que partiel. La vitesse ascensionnelle, la fréquence et l’amplitude des oscillations ont été mesurées et suggèrent une bifurcation de Hopf supercritique