Dynamique des fluides, instabilités, turbulence et fluides complexes

The research presented here deals with (i) the transition to turbulence in circular pipes, (ii) turbulent rotating flows and (iii) complex fluids. The results are mainly experimental and sometimes numerical. The first line of research concerns the transition to turbulence and the properties of weakly turbulent flows in straight pipes or pipes with an expansion. Specifically, we investigate the properties of localised turbulent patches. The second line of research concerns the torque exerted by vortices in turbulent Taylor-Couette flow, which is the flow in the annular space between two concentric cylinders, when the inner cylinder is rotating. Interestingly, the effect of controlling the axial wavelength of turbulent Taylor vortices has an influence on the scaling laws for torque as a function of velocity. The effect of addition of polymer to the liquid on the torque measurements is also quantified. These studies with polymer solutions gave us the opportunity to study other complex fluids such as hydrophilic and super-absorbent polymer gels. An elastic instability that appears during the swelling of these materials is also described. Finally, prospects on the different lines of research are presented and discussed.Les travaux de recherche présentés ici portent sur (i) la transition à la turbulence dans des conduites circulaires, (ii) des écoulements tournants turbulents et (iii) les fluides complexes. Les résultats sont principalement expérimentaux et parfois numériques. Le premier axe de recherche concerne la transition à la turbulence et les propriétés des écoulements faiblement turbulents dans des tubes droits ou avec élargissement. On s’intéresse, en particulier, aux propriétés des taches de turbulence localisées qui apparaissent lors de la transition. Le second axe de recherche concerne le couple exercé par les tourbillons dans des écoulements de Taylor-Couette turbulents, c’est à dire dans l’espace annulaire entre deux cylindres concentriques, avec le cylindre intérieur en rotation rapide. En particulier, est mis en évidence l’effet du contrôle de la longueur d’onde des tourbillons de Taylor sur les lois d’échelles prédisant la variation du couple en fonction de la vitesse. L’effet de l’ajout de polymères dans le liquide sur la mesure de couple est également quantifié. Ces études avec des solutions de polymères sont l’occasion d’étudier d’autres systèmes complexes comme des gels de polymères hydrophiles et super-absorbants. Une instabilité de type élastique qui apparaît lors du gonflement de ces matériaux est décrite et analysée. Enfin, des perspectives des différents axes sont présentées et discutées