Simulation numérique directe de la turbulence en présence d ... - ISAE

Chapitre 1. Contexte scientifique 31
(a) Représentation schématique des lignes de
courant suivant le régime
(b) Visualisation de l’accélération du
processus de mélange
Figure 1.15 – Diffusivité accrue des écoulements turbulents
Une multitude d’échelles : les écoulements turbulents sont formés d’une multitude de tourbillons
ayant des tailles, des orientations et des distributions différentes (Fig. 1.16). Dépendantes
de la configuration étudiée, les fluctuations à grande échelle coexistent avec celles agissant à petite
échelle qui possèdent une dynamique propre, plus ou moins indépendante de la géométrie.
Plusieurs échelles caractéristiques seront présentées pour préciser cet aspect de l’agitation (cf.
1.2.1.3).
Figure 1.16 – Vue 2D d’un champ de vorticité d’un écoulement turbulent
Ainsi, la turbulence, ou l’agitation de l’écoulement dit turbulent, se développe dans la plupart
des écoulements qui conditionnent notre environnement immédiat (rivières, océans, atmosphère).
Elle se révèle être aussi un, sinon le, paramètre dimensionnant dans un bon nombre
d’écoulements industriels. Il n’est donc pas étonnant que soient entrepris des efforts visant sa
prédiction. Paradoxalement, même s’il est possible d’anticiper la nature turbulente d’un écoulement
et même, d’un point de vue théorique, de dégager certaines caractéristiques communes et
apparemment universelles aux écoulements turbulents, leur prédiction dans des cas précis reste
délicate. Les chercheurs ne sont pourtant pas démunis aujourd’hui pour aborder ce problème. Ils
considèrent ainsi que la turbulence peut être appréhendée comme un phénomène continu gouverné
par les équations classiques de la mécanique des fluides : les équations de Navier-Stokes.
Ces équations ainsi que les outils mathématiques nécessaires à leur compréhension seront abordés
dans le chapitre 2.