Cette thèse est une étude théorique et expérimentale de l'écoulement d'un uide dans un cylindre en précession. Elle s'inscrit dans le domaine des écoulements tournants et trouve de nombreuses applications en aéronautique (précession des objets volants avec carburant liquide) et géophysique (inuence de la précession terrestre sur la dynamique du noyau externe). Pour des nombres de Reynolds modérés, l'écoulement d'un uide en précession est une rotation solide à laquelle se superposent des ondes appelées modes de Kelvin. Ces ondes deviennent résonnantes lorsque leur fréquence propre est égale à la fréquence de précession. An de prédire l'amplitude d'un mode de Kelvin résonnant, une théorie visqueuse et faiblement non-linéaire a été développée puis conrmée expérimentalement. Lorsque le nombre de Reynolds augmente, l'écoulement de base devient instable. Des mesures PIV ont montré que cette instabilité est due à une interaction entre le mode forcé par la précession et deux modes de Kelvin libres. Une analyse linéaire de stabilité basée sur un mécanisme de résonance triadique entre modes de Kelvin permet de prédire correctement le seuil et le taux de croissance de l'instabilité. Cette instabilité est saturée par un mode géostrophique créé par l'interaction non-linéaire et visqueuse des modes de Kelvin libres avec eux même. En accord avec les expériences, une théorie faiblement non-linéaire montre que les amplitudes des modes de Kelvin sont stationnaires ou oscillantes (cycles intermittents) en fonction du nombre de Reynolds. Finalement, le point xe des équations non-linéaires (système dynamique à quatre degrés de liberté) prédit correctement l'écoulement moyen à l'intérieur du cylindre, même pour des très grands nombres de Reynolds (i.e. Re > 50000).

Ce texte constitue une large introduction aux principes de la dynamique des fluides. Les phénomènes physiques résultant des écoulements stationnaires et instationnaires d'un fluide idéal ou visqueux, incompressible ou compressible sont abordés. En particulier, un exposé étendu est consacré au problème d'écoulement autour d'un corps solide en fonction des nombres de Reynolds et de Mach. La formulation mathématique de ce problème, à un nombre de Reynolds élevé, aboutit à une description des couches limites et des écoulements potentiels. Une introduction est également donnée sur les phénomènes non linéaires de propagation des ondes dans un fluide compressible. Cette nouvelle édition inclut un CD-Rom contenant l'ouvrage numérisé dans le cadre de Medit (Multimedia Environment for Distributed Interactive Teaching) ; texte complet, fiches de résumé, exercices complémentaires, animation de certaines figures.

Nous savons aujourd'hui que le champ magnetique terrestre est cree au sein du noyau par des processus dynamo. Pour pouvoir comprendre la creation et l'evolution de ce champ nous devons connaitre la dynamique de la partie liquide du noyau terrestre. Le soleil et la lune exercent sur la terre un couple de gravite moyen entrainant un mouvement de precession de l'axe de rotation de notre planete. Comment le noyau liquide reagit-il a ce forcage luni-solaire ? pour pouvoir aborder cette question nous avons considere un modele physique simple constitue d'une cavite remplie d'eau dont nous imposons la vitesse de rotation et la vitesse de precession. La premiere partie de ce travail porte sur une approche numerique du probleme dans le cas particulier d'un conteneur spherique, nous avons pu ainsi etudier le role de la viscosite. Nous montrons en particulier que l'ecoulement laminaire se superposant a la rotation solide du fluide est controle par une couche limite visqueuse localisee au voisinage de la paroi. Une etude detaillee nous a permis d'identifier des lois de comportement asymptotiques pour la vitesse. Dans une seconde partie nous presentons l'experience de precession ciceron au cours de laquelle nous nous sommes attaches d'une part a decrire le mouvement de rotation solide du fluide, d'autre part a caracteriser les differentes transitions de l'ecoulement secondaire vers la turbulence. Nous proposons a l'issue de cette etude experimentale que la principale source d'instabilite soit de type cisaillante. Bien que nos connaissances ne soient pas encore suffisantes pour pouvoir decrire la dynamique du noyau liquide induite par la precession, nous pouvons penser d'apres nos resultats que l'ecoulement n'est certainement pas laminaire. D'autres etudes, notamment experimentales, sont envisagees pour poursuivre ce travail.

NOUS SAVONS AUJOURD'HUI QUE LE CHAMP MAGNETIQUE TERRESTRE EST CREE AU SEIN DU NOYAU PAR DES PROCESSUS DYNAMO. POUR POUVOIR COMPRENDRE LA CREATION ET L'EVOLUTION DE CE CHAMP NOUS DEVONS CONNAITRE LA DYNAMIQUE DE LA PARTIE LIQUIDE DU NOYAU TERRESTRE. LE SOLEIL ET LA LUNE EXERCENT SUR LA TERRE UN COUPLE DE GRAVITE MOYEN ENTRAINANT UN MOUVEMENT DE PRECESSION DE L'AXE DE ROTATION DE NOTRE PLANETE. COMMENT LE NOYAU LIQUIDE REAGIT-IL A CE FORCAGE LUNI-SOLAIRE ? POUR POUVOIR ABORDER CETTE QUESTION NOUS AVONS CONSIDERE UN MODELE PHYSIQUE SIMPLE CONSTITUE D'UNE CAVITE REMPLIE D'EAU DONT NOUS IMPOSONS LA VITESSE DE ROTATION ET LA VITESSE DE PRECESSION. LA PREMIERE PARTIE DE CE TRAVAIL PORTE SUR UNE APPROCHE NUMERIQUE DU PROBLEME DANS LE CAS PARTICULIER D'UN CONTENEUR SPHERIQUE, NOUS AVONS PU AINSI ETUDIER LE ROLE DE LA VISCOSITE. NOUS MONTRONS EN PARTICULIER QUE L'ECOULEMENT LAMINAIRE SE SUPERPOSANT A LA ROTATION SOLIDE DU FLUIDE EST CONTROLE PAR UNE COUCHE LIMITE VISQUEUSE LOCALISEE AU VOISINAGE DE LA PAROI. UNE ETUDE DETAILLEE NOUS A PERMIS D'IDENTIFIER DES LOIS DE COMPORTEMENT ASYMPTOTIQUES POUR LA VITESSE. DANS UNE SECONDE PARTIE NOUS PRESENTONS L'EXPERIENCE DE PRECESSION CICERON AU COURS DE LAQUELLE NOUS NOUS SOMMES ATTACHES D'UNE PART A DECRIRE LE MOUVEMENT DE ROTATION SOLIDE DU FLUIDE, D'AUTRE PART A CARACTERISER LES DIFFERENTES TRANSITIONS DE L'ECOULEMENT SECONDAIRE VERS LA TURBULENCE. NOUS PROPOSONS A L'ISSUE DE CETTE ETUDE EXPERIMENTALE QUE LA PRINCIPALE SOURCE D'INSTABILITE SOIT DE TYPE CISAILLANTE. BIEN QUE NOS CONNAISSANCES NE SOIENT PAS ENCORE SUFFISANTES POUR POUVOIR DECRIRE LA DYNAMIQUE DU NOYAU LIQUIDE INDUITE PAR LA PRECESSION, NOUS POUVONS PENSER D'APRES NOS RESULTATS QUE L'ECOULEMENT N'EST CERTAINEMENT PAS LAMINAIRE. D'AUTRES ETUDES, NOTAMMENT EXPERIMENTALES, SONT ENVISAGEES POUR POURSUIVRE CE TRAVAIL.

Beginning in 1920, contains section on bibliography and since 1928 minutes and résumeés of the society's proceedings, as well as other supplementary material (often separately paged).