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De l’eau à tous les étages

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De l’eau à tous les étages

Pierre-Yves Lagrée est directeur de recherche au CNRS et membre de l’Institut Jean Le Rond d’Alembert (IJLRDA, CNRS/UPMC). Lorsqu’il a été sollicité pour participer à un dossier thématique sur l’eau, d’abord surpris par la demande, il a finalement accepté. Car, à la réflexion, l’eau, fluide incompressible par excellence, se retrouve au coeur de nombreuses études menées à l’IJLRDA.

 

 

© PYL

 

 

Côté recherche

Si les travaux du groupe FCIH (Fluides Complexes et Instabilités Hydrodynamiques) de l'Institut Jean Le Rond d'Alember portent sur des aspects fondamentaux de la mécanique des fluides, ils trouvent néanmoins de nombreuses applications dans des domaines variés ouverts sur le monde réel. Les activités développées sont réparties principalement  en activités  gouttes bulles, Interactions fluide/solides, dynamique de la vorticité, milieux complexes et écoulements en milieux naturels. Un deuxième groupe de l’Institut, FRT (Fluide Réactifs et Turbulence) a une activité plus axée sur la turbulence et la combustion.

 

© PYL

 

Les gouttes bulles

L’impact de gouttes (impacts sur substrat solide ou sur film liquide, éclaboussure « splash », étalement, formation de jet, enfermement de bulles…), la dynamique de bulles (fabrication du verre, caractérisation des bulles de champagne), l’atomisation (combustion optimale d’un moteur) et plus globalement la dynamique des interfaces sont une préoccupation « historique » de l’équipe.

 

Les interactions fluide/solides

Un champ original a été développé à l’interface fluide/solides : c’est l’élasto capillarité ou la déformation d’une structure élastique par les forces de tension de surface. Ce type de d’interaction est observé lorsqu’une goutte tombe sur un ruban élastique ou lorsqu’une goutte est placée entre deux fibres parallèles flexibles attachées à un côté et libres de défléchir à l’autre. C’est le cas de l’imprégnation des fibres textiles, du séchage de filtres fibreux ou des cheveux ou du mouillage des tarses d’insectes. Ces travaux ont ouvert la voie à la manufacture d’objets microscopiques et à la mise au point de procédés d’encapsulation (nanomédicaments). Des études de biomécanique sont en cours pour comprendre le lien entre l’écoulement du sang et la déformation des vaisseaux.

 

Milieux complexes et écoulements en milieux naturels

Le groupe qui s’intéresse aux fluides dans l’environnement en général, a aussi une activité de modélisation des milieux naturels avec une ambition plus géophysique. Des travaux sur l’érosion et la sédimentation de lits érodables ont permis de mieux comprendre la formation de structures en forme de chevrons (retrait de vague sur les plages).

 

Côté enseignement 

L’eau occupe une place de choix dans les différentes formations dispensées à l’UPMC, en particulier à l’UFR d’ingénierie.

 

Écoulements en milieux naturels (M1)

Il s’agit de fournir des outils de modélisation et de compréhension de phénomènes hydrodynamiques environnementaux :

  • Dynamique des écosystèmes lacustres : dynamique des populations en présence d’écoulements (phytoplancton dans les lacs), rôle de la turbulence sur un substrat végétal, dynamique à grande échelle des bassins (marées internes), interaction vent-surface liquide (production de vagues).
  • Écoulements granulaires secs et mouillés : avalanches, glissements de terrain, dynamique des rivières.
  • Hydrodynamique souterraine : modèles d’écoulements souterrains, transport de solutés.

 

Écoulements multiphasiques : dynamique des bulles et des gouttes (M2)

Cet enseignement couvre les bases de l'étude phénoménologique des écoulements à bulles et à gouttes, le comportement des bulles et gouttes isolées, les oscillations de forme des gouttes et des bulles. L'objectif est de préparer les étudiants aux activités de recherche comme aux technologies en lien avec les écoulements fluides dispersés.

 

Instabilités en mécanique des fluides (M1)

Cette unité d’enseignement propose une approche du phénomène d’instabilité hydrodynamique et de ses conséquences sur les écoulements industriels et géophysiques.

 

Pour en savoir plus :

Institut Jean Le Rond d'Alembert (IJLRDA)Nouvelle fenêtre

L'Institut Jean Le Rond d'Alembert a pour vocation principale d’étendre le champ des connaissances dans tous les domaines de la mécanique, de l’acoustique et de l’énergétique. Il possède entre autres une expertise dans la théorie et la modélisation fines en mécanique des fluides. Les fluides sont répertoriés par grandes classes d'écoulements. On distingue :

  • les fluides incompressibles : eau, huiles, air (vitesse modérée), sang ;
  • les fluides compressibles : air dans les turbines et autour des avions à réaction (vitesse assez élevée) ;
  • les fluides newtoniens : air, eau, huile ;
  • les fluides non newtoniens : fluides complexes, solutions de polymères, de grains, de bulles (sang, sable, ketchup...) ;
  • les écoulements laminaires (bien calmes) ;
  • les écoulements turbulents : écoulements avec beaucoup de mélanges (applications industrielles).

L’eau est un fluide newtonien incompressible en pratique et s’écoulant de manière laminaire ou turbulente, en lui rajoutant différents constituants, le fluide obtenu peut être non newtonien. D’une façon ou d’une autre, l'eau est donc omniprésente dans les activités de l’institut.

 

Le projet Romarin

L'université Pierre et Marie Curie avec Didier Lucor a lancé le projet Romarin en 2009 pour sensibiliser ses étudiants en licence de sciences et technologies mention ingénierie mécaniqueNouvelle fenêtre aux milieux marins et côtiers et à la biodiversité. Romarin a été soutenu par TotalNouvelle fenêtre et la Fondation TotalNouvelle fenêtre, en collaboration avec le MITNouvelle fenêtre (Massachusetts Institute of Technology), pour une durée de trois ans. Des étudiants de l'UPMC ont planché sur la construction d’un robot sous-marin équipé de capteurs et téléguidé, destiné à l'observation sous-marine. Ils ont participé à l'organisation et à la gestion des mesures réalisées.

 

Vidéos de bullesNouvelle fenêtre (Thomas Séon Arnaud Atkowiak)

 

Images de bulles/jetsNouvelle fenêtre

 

Des gouttes en interaction avec des « poutres »Nouvelle fenêtre (Suzie Protière)

 

No spreadingNouvelle fenêtre (Suzie Protière)

 

Total spreadingNouvelle fenêtre (Suzie Protière)

 

Partial spreadingNouvelle fenêtre (Suzie Protière)

 

Code de calcul gerrisNouvelle fenêtre, du nom de l'insecte qui marche sur l'eau (Stéphane Popinet)

 

Simulations de TsunamisNouvelle fenêtre (Stéphane Popinet)

 

Simulations de TsunamisNouvelle fenêtre (Stéphane Popinet)

 

Atomization: two-phase instabilityNouvelle fenêtre (Jerome Hoepffner)

 

An album of fluid motion Nouvelle fenêtre(Milton Van Dyke)



03/12/13