Transition sous-critique à la turbulence : étude de la croissance de poches turbulentes dans l’écoulement de Couette plan

This thesis focuses on the study of the laminar-turbulent coexistence in planeCouette flow, the flow sheared between two walls where a subcritical transition to turbulenceoccurs. We jointly use an experimental setup and direct numerical simulationswhich allow us to have access to visualizations and velocity fields when both laminarand turbulent states coexist. We show for the first time in a plane Couette experimentthe presence of large scale flows in the vicinity of turbulent fronts during the turbulenceexpansion. We quantify them and show a correlation between their dynamics and the oneof turbulent spot. We then focus on the turbulent spot growth in an initially laminarflow. A new global mechanism is identified which complements the usually evoked localmechanism. The study of the growing rate of both mechanisms allows one to get a morecomprehensive view of the spot expansion along the spanwise direction which occurs vianucleations of velocity streaks. We also establish a link between the dynamics of the spotfronts, the one of the edge vortices and the one of large scale flows. We eventually studythe turbulent spot growth along the streamwise direction by way of spot front velocitiesanalysis as a function of time and Reynolds number. The turbulent spot shape can thenbe understood as the result of the effect of the mechanisms acting along both directions.Cette thèse est consacrée à l’étude de la coexistence laminaire-turbulent dansl’écoulement de Couette plan, l’écoulement cisaillé entre deux parois, sujet à une transitionsous critique à la turbulence. Nous utilisons conjointement un dispositif expérimentalet des simulations numériques directes qui nous permettent d’avoir accès à des visualisationset des champs de vitesse dans des configurations où états laminaire et turbulentcoexistent. Nous montrons pour la première fois dans une expérience de Couette planl’existence d’écoulements à grandes échelles au voisinage d’un front turbulent lors de l’expansionde la turbulence. Nous les quantifions et nous montrons une corrélation entre leurdynamique et celle de la poche turbulente. Nous nous focalisons ensuite sur la croissancede poches turbulentes dans un écoulement initialement laminaire. Nous identifions unnouveau mécanisme global qui s’additionne au mécanisme local en bords de poche turbulentehabituellement évoqué. L’étude des taux de croissance de ces deux mécanismesfournit une vision plus complète de l’expansion de la poche selon la direction transversalequi advient via des nucléations de stries de vitesse. Nous établissons également un lienfort entre la dynamique des fronts des poches, celle des tourbillons aux bords de la pocheet celle des écoulements à grande échelle. Nous étudions enfin la croissance de pochesturbulentes selon la direction longitudinale via une analyse des vitesses des fronts en fonctiondu nombre de Reynolds et du temps. La forme de la poche turbulente peut alorsêtre appréhendée comme le résultat de l’effet des mécanismes selon les deux directionsd’expansion