La turbulence est un exemple classique de phénomène mutiéchelle. Ce caractère multi-échelle est en fait au centre même de la théorie phénoménologique de la turbulence de Kolmogorov. Au cours de ce TP, les étudiants seront initiés à la technique de mesure par PIV (Particle Image Velocimetry) qui permet d'obtenir des cartes spatiales en 2D d'un écoulement. Nous prendrons l'exemple du sillage généré par un profil NACA dans un écoulement. Cette introduction aux principales techniques expérimentales de la mécanique des fluides (et à leurs limites) sera complétée par une initiation aux techniques numériques (et aux problèmes qui y sont associés) telles que les simulations numériques directes, la méthode RANS ou les simulations de grands tourbillons.

Dans ce TP, nous effectuerons des tests de cisaillement sur un milieu granulaire 2D à l'aide de l'appareil appelé 1γ2ε. Cet appareil unique permet d'appliquer diverses types de chargement sur des assemblages granulaires constitués de tiges. À l'aide d'une caméra de 80 MPixels, les champs cinématiques discrets seront évalués et analysés. Des comparaisons entre les simulations expérimentales et numériques au moyen de la modélisation par éléments discrets seront également effectuées. Le comportement cinématique à plusieurs échelles sera ensuite examiné.

L'une des fonctions du système vasculaire est d'apporter de l'oxygène à l'organisme via les globules rouges. Le système vasculaire est constitué d'un grand nombre de vaisseaux qui se subdivisent en canaux de plus en plus petits, dans lesquels la répartition des cellules sanguines est très hétérogène. L'objectif de ce travail pratique est de mesurer ces hétérogénéités dans un réseau artificiel simplifié, où de véritables échantillons de sang seront injectés. Les résultats permettront ensuite des comparaisons avec les modèles existants dans la littérature.

L'objectif de ce TP est d'aborder la modélisation de la dynamique des flux gravitationnels denses illustrés par le phénomène des avalanches. Des écoulements denses de matériaux granulaires seront produits et analysés à l'aide de deux dispositifs de laboratoire : un grand plan incliné équipé d'une instrumentation avancée (PIV granulaire, projection de franges) et un modèle réduit avec une instrumentation similaire mais simplifiée. L'accent sera mis sur le problème des variations brutales de la profondeur, de la vitesse et de la densité des écoulements, phénomènes qui se produisent lorsque les écoulements granulaires heurtent des parois et que l'on appelle "ressauts granulaires". Les essais en laboratoire seront étayés par des simulations théoriques et numériques, afin de déduire les paramètres rhéologiques pertinents du fluide granulaire étudié.

L'objectif de ce module est de mettre en évidence l'intérêt de coupler l'imagerie 3D et la simulation d'écoulement des fluides à petite échelle pour estimer à la fois les microstructures et la perméabilité des renforts fibreux classiquement utilisés dans les composites à renfort de fibres ou les géotextiles. Un tissu sera soumis à une charge de traction avec une machine d'essai mécanique placée à l'intérieur d'un microtomographe à rayons X, ce qui permettra d'observer in situ et en 3D la microstructure fibreuse du textile au cours de sa déformation. La microstructure sera ensuite finement caractérisée à l'aide de routines d'analyse d'images 3D. La perméabilité des renforts fibreux initiaux et déformés sera estimée à partir de la simulation de l'écoulement des fluides à l'intérieur des microstructures fibreuses à l'aide d'un logiciel de CFD en volume fini.

La turbulence d'ondes est un état statistique qui vise à décrire l'ensemble aléatoire et non-linéaire des ondes telles qu'on les observe couramment à la surface de l'océan. Nous allons ici réaliser des expériences sur un modèle physique de la turbulence d'ondes : la plaque vibrante (en l'occurrence ici, un gong !) Dans ce TP, la turbulence sera observée et mesurée à l'aide d'outils d'imagerie, et une simulation numérique de la plaque vibrante sera réalisée pour étudier plus en détail le comportement de la turbulence d'ondes.

Le but de ce TP est de découvrir les mécanismes impliqués dans les processus d'ultrafiltration sur membrane en relation avec le comportement rhéologique des suspensions aqueuses filtrées. Au cours du processus de filtration, sous l'effet des forces de cisaillement et de pression, les particules filtrées s'accumulent près de la surface de la membrane et forment une couche concentrée de quelques centaines de micromètres. Le passage d'une phase diluée à une phase concentrée induit un changement dans le comportement rhéologique des suspensions qui altère les performances de filtration. L'approche proposée consiste à combiner la caractérisation de l'efficacité de filtration, la visualisation in situ des couches accumulées et le comportement rhéométrique de la suspensions.

Les fluides visco-plastiques sont impliqués dans de nombreuses applications géophysiques et industrielles. Ces matériaux ont la propriété de se comporter soit comme des fluides, soit comme des solides, selon la contrainte qui leur est appliquée. En raison de la coexistence dans les écoulements de zones fluides et solides dont les limites respectives sont a priori inconnues, la simulation de la propagation d'un front fluide viscoplastique à surface libre reste un exercice difficile, en particulier sur une topographie complexe. Les objectifs de ce TP sont de réaliser des expériences de laboratoire bien contrôlées dans lesquelles des front de propagation viscoplastiques sont générés sur une topographie complexe ; et (2) de comparer les résultats expérimentaux aux prévisions d'un modèle numérique hydraulique.

L'objectif de ce TP est d'étudier expérimentalement une colonne à bulles. Une colonne à bulles est un réacteur cylindrique vertical contenant une phase liquide dans lequel une phase gazeuse est injectée par par le fond du réacteur. Cette phase gazeuse monte à travers le liquide, et s'échappe par la surface libre supérieure, créant un phénomène de mélange intense.
Malgré leur utilisation répandue dans l'industrie, la modélisation de ces dispositifs reste insatisfaisante en raison de l'absence de modèle physique fiable décrivant les interactions entre les phases liquide et gazeuse. Etant donné les forts taux de vide présents dans ce type de colonne (jusqu'à 50% de taux de gaz dans le liquide), ces écoulements sont opaques, et les techniques standard utilisées en mécanique des fluides sont difficilement utilisables. Nous utiliserons donc ici une autre technique de pointe basée sur l'utilisation de sondes optiques, qui permet d'obtenir des signaux temporels résolus en temps, et de mesurer la fraction de vide, la taille des bulles et la distribution de leurs vitesses. Nous pourrons ainsi vérifier les différents modèles disponibles dans la littérature et explorer la complexité des écoulements diphasiques.