L'étude développée dans ce mémoire constitue une contribution par des moyens numériques et expérimentaux à la caractérisation des écoulements de type jet. A partir du développement d'instabilités hydrodynamiques dans un écoulement de type jet axisymétrique libre évoluant à bas nombres de Reynolds, nous avons étudié plus précisément la transition à la turbulence. L'étude numérique consiste à une résolution numérique des équations de Navier-Stockes régissant les écoulements de type jet circulaire et isotherme en régime laminaire. Notre travail a été orienté particulièrement vers l'étude de l'influence des conditions d'émission du gaz à la section d'injection sur le comportement aérodynamique du jet. Nous présentons également des résultats concernant le champ de concentration. Dans la partie expérimentale, la technique de PIV et la visualisation des écoulements associée aux traitements d'images ont été utilisées afin d'étudier le champ de vitesse, les instabilités hydrodynamiques et la transition à la turbulence dans ce type d'écoulements. L'apparition des instabilités, à partir des modes sinueux et variqueux, et leur évolution vers l'état chaotique (turbulent) sont suivies en fonction du paramètre principal à savoir le nombre de Reynolds.

Le travail presente dans ce livre constitue une contribution par des moyens numeriques et experimentaux a la caracterisation des ecoulements de type jet. L'etude porte sur le developpement des instabilites hydrodynamiques dans un jet libre evoluant a nombres de Reynolds moderes. L'etude numerique consiste a une resolution numerique des equations de Navier-Stokes regissant les ecoulements de type jet circulaire et isotherme en regime laminaire. Ce travail est oriente particulierement vers l'etude de l'influence des conditions d'emission du gaz a la section d'injection sur le comportement aerodynamique du jet. Nous presentons egalement des resultats concernant le champ de concentration. Dans la partie experimentale, la technique de PIV et la visualisation des ecoulements associee aux traitements d'images ont ete utilisees afin d'etudier le champ de vitesse, les instabilites hydrodynamiques et la transition a la turbulence dans ce type d'ecoulements. L'apparition des instabilites, a partir des modes sinueux et variqueux, et leurs evolutions spatiale et temporelle vers l'etat chaotique (turbulent) sont suivies en fonction des nombres de Reynolds.

Le but de l’étude est l'analyse d'un écoulement généré par l'interaction entre un jet pulsé et un courant principal. Le nombre de Reynolds caractérisant l'écoulement est de 500 et le rapport des vitesses des deux fluides est égal à un. Le forçage est de type sinusoïdal avec une amplitude comprise entre zéro et deux fois la vitesse moyenne du jet. Le paramètre étudié est l'influence de la fréquence de pulsation sur une gamme de 0 à 10 Hz. Une première approche permet à l'aide de visualisations par colorants de caractériser les écoulements générés afin de les classifier en deux catégories. Ces régimes sont séparés par une fréquence caractéristique étant très proche de celle des tourbillons dans le sillage d'un jet continu. La suite du travail consiste en une étude qualitative sur trois fréquences représentatives de ces régimes caractéristiques. L'analyse est effectuée sur des données expérimentales de vélocimétrie par images de particules stéréoscopique (SPIV) et de fluorescence induite par laser (PLIF), ainsi qu'une méthode couplée des deux techniques. Dans un premier temps, une comparaison est faite entre les jets pulsés et le jet continu sur la topologie de la dynamique tourbillonnaire à proximité de la sortie du jet ainsi que dans les zones de sillage. L'étude des différents axes caractéristiques ainsi qu'une étude fréquentielle permettent de mettre en évidence la formation et les trajectoires des tourbillons engendrés par la pulsation. Ensuite, différents critères appliqués sur les champs de concentration favorisent la quantification du mélange et de son efficacité. Le couplage avec les mesures de vitesse offre une explication aux phénomènes liés aux zones stagnantes sous le jet et à la rapidité du processus de mélange. Enfin, la dernière partie est consacrée à une analyse des structures dominantes de l'écoulement à l’aide de la décomposition aux valeurs propres (POD). Après la compréhension de l'organisation des premiers modes spatiaux, une technique de reconstruction tridimensionnelle de l'écoulement est réalisée sur plusieurs plans parallèles sur des champs moyennés en phase. Une dernière approche permet d'ajouter des modes naturels représentant la propagation des tourbillons dans le sillage du jet. Cette technique est une alternative aux mesures tomographiques 3D-3C.

ETUDE D'UN JET ISSU D'UN TUBE CYLINDRIQUE VERTICAL SEMI-INFINI. ON ETABLIT LES EQUATIONS D'ECOULEMENT QUI DEPENDENT DE TROIS PARAMETRES (NOMBRES DE REYNOLDS, DE FROUDE ET DE WEBER). RESOLUTIONS DES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES PAR LA METHODE DES DEVELOPPEMENTS ASYMPTOTIQUES RACCORDES. ON OBTIENT LA DISTRIBUTION DE VITESSE, DE PRESSION ET LA FORME DU JET. ETUDE EXPERIMENTALE SUR DES JETS DE SOLUTIONS AQUEUSES DE GLYCERINE. DETERMINATION DU PROFIL DE SURFACE LIBRE PAR PHOTOGRAPHIE ET DES VITESSES PAR HOLOGRAPHIE

L'EFFET DES VARIATIONS DE MASSE VOLUMIQUE SUR LA STRUCTURE FINE DE LA TURBULENCE DANS LES JETS EST ANALYSE DE MANIERE EXPERIMENTALE. LA CONFIGURATION ADOPTEE EST CELLE D'UN JET DE TUBE AXISYMETRIQUE, VERTICAL ET ASCENDANT, FAIBLEMENT CONFINE DANS UN CO-COURANT D'AIR DE VITESSE TRES BASSE. DANS LA SITUATION ETUDIEE D'UN JET D'HELIUM S'EPANOUISSANT DANS L'AIR, LE RAPPORT INITIAL DES MASSES VOLUMIQUES EST DE 0.14. LE CAS DU JET D'AIR, A TEMPERATURE AMBIANTE OU LEGEREMENT CHAUFFE (CONTAMINANT PASSIF) SERVANT DE BASE DE COMPARAISON , EST AUSSI TRAITE. LES TECHNIQUES DE MESURE UTILISEES SONT LA VELOCIMETRIE LASER DOPPLER ET LA THERMOMETRIE A FIL FROID. UN SYSTEME DE MESURE SIMULTANEE DE VITESSE ET DE TEMPERATURE A ETE ELABORE. LE TRAITEMENT DE CES MESURES FOURNIT NOTAMMENT LES FLUX TURBULENTS DE CHALEUR ET LES PROBABILITES CONDITIONNELLES DE TEMPERATURE. L'EXAMEN DE CES RESULTATS PERMET DE MIEUX COMPRENDRE LES MECANISMES DE MELANGE DANS LE JET. UNE ANALYSE FINE DU CHAMP DYNAMIQUE EST AUSSI REALISEE A PARTIR DES ACQUISITIONS DE VITESSE PAR VLD GRACE A L'ETUDE DES SPECTRES ET FONCTIONS DE STRUCTURE. L'INVESTIGATION EST LIMITEE ICI AUX ECHELLES SUPERIEURES A LA MICRO-ECHELLE DE TAYLOR A CAUSE DES TAUX D'ACQUISITIONS PLUS OU MOINS ELEVES DES MESURES DE VITESSE. DANS LES ECOULEMENTS A MASSE VOLUMIQUE VARIABLE, IL S'AVERE QUE LE PARAMETRE FONDAMENTAL RESTE LE NOMBRE DE REYNOLDS DE LA TURBULENCE R#, DE SORTE QUE LES PROPRIETES STATISTIQUES DES ECHELLES DE LA TURBULENCE NE DEPENDENT COMME POUR LES ECOULEMENTS CLASSIQUES QUE DE CE PARAMETRE. NEANMOINS, R# EST LIE AUX CARACTERISTIQUES DE L'ECOULEMENT, A SAVOIR: LE NOMBRE DE REYNOLDS RE#J, EN SORTIE DE BUSE, ET LE FLUX DE QUANTITE DE MOUVEMENT INITIAL M#J, DANS LA ZONE LOINTAINE. ENTRE CES DEUX REGIONS, IL DEPEND A LA FOIS DE RE#J ET M#J

CE MEMOIRE PRESENTE UNE ETUDE EXPERIMENTALE DE L'INSTABILITE D'UN JET LIQUIDE CYLINDRIQUE DANS UNE ATMOSPHERE CALME ISSU DE BUSES DE DIFFERENTES LONGUEURS. CETTE ETUDE EST BASEE SUR LA REALISATION D'UNE TECHNIQUE PARTICULIERE D'IMAGERIE DESTINEE A L'ANALYSE DES INTERFACES DU JET LIQUIDE. DES OUTILS DE TRAITEMENT D'IMAGE ET D'ANALYSE PAR ONDELETTES ONT ETE DEVELOPPES POUR PERMETTRE UNE ANALYSE STATISTIQUE DE PLUSIEURS GRANDEURS CARACTERISTIQUES DE L'INSTABILITE DU JET EN CHUTE LIBRE : LA LONGUEUR DE RUPTURE, LE NOMBRE D'ONDE, LE TAUX DE CROISSANCE ET L'AMPLITUDE INTERFACIALE DE PERTURBATION. LE SUIVI TEMPOREL DES PHENOMENES A ETE EGALEMENT REALISE POUR LES MESURES DE CES GRANDEURS ET AINSI DE LA CELERITE D'ONDE. UN DISPOSITIF D'EXCITATION ELECTROHYDRODYNAMIQUE DU JET LIQUIDE A ETE MIS EN PLACE PERMETTANT D'ETUDIER L'INFLUENCE DE L'AMPLITUDE INITIALE DE PERTUBATION. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX AINSI OBTENUS EN FONCTION DE LA VITESSE DU JET EN CHUTE LIBRE SONT COMPARES AVEC LES PREDITIONS DES THEORIES D'INSTABILITES TEMPORELLES ET SPATIALES. CES COMPARAISONS ONT MONTRE LA CONCORDANCE ENTRE L'EXPERIENCE ET CES THEORIES POUR LES FAIBLES VITESSES DU JET ET LA DIVERGENCE IMPORTANTE ENTRE CELLES-CI POUR LES VITESSES PLUS IMPORTANTES. LE POINT CRITIQUE CORRESPONDANT AU MAXIMUM DE LA LONGUEUR DE RUPTURE DU JET EST ATTRIBUE A UN PHENOMENE QUI SEMBLE LIE AUX CONDITIONS DE L'ECOULEMENT EN SORTIE DE BUSE. LA DIMINUTION DE L'AMPLITUDE INITIALE DE PERTURBATION ESTIMEE AU NIVEAU DE LA SORTIE DE BUSE AVEC LA VITESSE DU JET AVANT CE POINT CRITIQUE EST OBSERVEE, CELLE-CI DE MANIERE INDEPENDANTE DU TAUX DE CROISSANCE ET DU NOMBRE D'ONDE. CETTE ETUDE A MONTRE L'INCIDENCE DE L'EFFET DYNAMIQUE SUR LES PROCESSUS DE RUPTURE DU JET TEL LE PROFIL DE VITESSE EN SORTIE DE BUSE ET SA RELAXATION.

Etude sur un jet rond d'air se développant dans l'atmosphère et frappant normalement une paroi lisse. La distance d'impact est de six fois le diamètre de la buse. On étudie des écoulements avec des valeurs du nombre de Reynolds de buse de 5500 à 44000. Etude détaillée des structures internes et des frontières libres des régions en amont et en aval de l'impact. Résultats expérimentaux pour les champs de vitesses moyennes les intensités et spectres de fluctuation longitudinales de vitesse intermittente.