Jet confiné, dispersions fluide-particules et mélange chaotique

Les travaux presentes concernent l'etude d'ecoulements hydrodynamiques en situations complexes : ecoulements instables, en regime d'advection chaotique ou encore multiphasique. Les phenomenes de transport et de transfert associes a ces ecoulements sont etudies (couplages instabilite-changement de phase, diffusif-reactif). Les applications sont nombreuses et se trouvent dans le domaine du genie des procedes. Les methodes d'investigations sont essentiellement experimentales, quelques developpements numeriques sont aussi presentes. Le premier theme a trait a l'etude du comportement oscillatoire d'un jet fluide, plan, qui debouche dans une cavite contenant un obstacle. L'instabilite globale de l'ecoulement conduit a son oscillation auto-entretenue. La dynamique du jet presente alors une frequence caracteristique bien precise, dependant principalement de parametres geometriques, qui a permis d'envisager son utilisation comme debitmetre. Le second theme aborde concerne l'etude de dispersions de particules flottantes en ecoulement. Les deux projets presentes s'inscrivent dans le cadre plus general de l'etude de nouveaux fluides frigoporteurs diphasiques developpes au LaTEP (les coulis de glace). Le premier projet se rapporte a une configuration academique : l'ascension d'une sphere de glace en colonne liquide. Les couplages dynamique (instabilites de sillage, trajectoires) et thermique (changement de phase) sont complexes, le regime d'ecoulement evoluant a chaque instant. Le second projet de ce theme se rapporte a l'hydrodynamique d'une dispersion solide-liquide modele en conduite cylindrique horizontale. Differents regimes d'ecoulement non homogene ont ete mis en evidence a partir de l'evolution spatio-temporelle du champ de vitesse, en fonction de la fraction solide de la phase dispersee. Le troisieme theme concerne l'etude du melange obtenu en regime d'advection chaotique pour un ecoulement laminaire. Plusieurs volets ont ete developpes autour de l'ecoulement de Dean alterne tridimensionnel existant au sein de conduites courbes. Experimentalement, il a ete prouve, par comparaison a un ecoulement se developpant dans un serpentin helicoidal, que les ecoulements chaotiques sont plus efficaces en terme de melange diffusif et reactif, donc jusqu'a une echelle moleculaire. Numeriquement, une methode originale basee sur la transformation de maillages anisotropes associes aux deplacements de scalaires advectes par l'ecoulement a ete mise au point. Elle permet l'evaluation, la comparaison et l'optimisation du melange au sein d'ecoulements 2D periodiques en temps ou 3D spatialement periodiques. Les efficacites d'ecoulements regulier, partiellement chaotique et globalement chaotique sont analysees a partir de differents criteres pour quantifier le melange diffusif et reactif. Aujourd'hui, de nouvelles applications du melange chaotique sont considerees. Plus particulierement, la production d'emulsions petrolieres a partir d'huiles lourdes tres visqueuses est etudiee.