| Resumé |
Depuis les années 2000, on sait que les solutions de polymère sont capables de générer des écoulements turbulents dans des géométries de référence telles que les géométries de Taylor-Couette ou de Von Karman alors même que le nombre de Reynolds dans ces écoulements y est très faible (entre 10^(-3) et 10^(-5)). C'est l'élasticité non linéaire des chaînes de polymère qui est à l'origine de la première instabilité et par la suite de la turbulence. Les propriétés statistiques obtenues expérimentalement au cours des 20 dernières années montrent que ces écoulements en apparence désordonnés exhibent une grande gamme d'échelles temporelles et spatiales. Cet état de désordre, par analogie avec son homologue newtonien, est nommé turbulence élastique. Les instabilités et la turbulence élastiques sont des phénomènes susceptibles d'entraver la plupart des procédés industriels mettant en jeu des fluides viscoélastiques en écoulement à grande échelle. En revanche, à petite échelle, ils pourraient être mis à profit pour faciliter le mélange et les transferts de chaleur. À l'heure actuelle, les mécanismes microscopiques à l'origine de la turbulence purement élastique ne sont pas connus. Par ailleurs, l'ensemble des données expérimentales disponibles dans la littérature concernant les propriétés statistiques de la turbulence purement élastique a été obtenu pour une solution polymérique de référence à base de polyacrylamide (PAAm), faiblement rhéofluidifiante. Différentes configurations d'écoulement ont été utilisées (Taylor-Couette, Von Karman, canal serpentin) mais les propriétés statistiques ont été essentiellement mesurées en écoulement de von Karman. La question de la robustesse de ces propriétés et de leur extension à tout système viscoélastique, quelles que soient leurs propriétés rhéologiques non linéaires se pose naturellement. Récemment, il a été montré au laboratoire que d'autres fluides viscoélastiques, comme les systèmes auto-assemblés de tensioactifs, présentaient une phénoménologie d'écoulement ayant une forte analogie avec les séquences observées dans les solutions de polymères. Ces systèmes sont caractérisés par une rhéologie non linéaire extrêmement riche. S'ils présentent une analogie formelle avec les solutions de polymères, ils possèdent des propriétés dynamiques spécifiques qui les préservent d'une dégradation mécanique irréversible lorsqu'ils sont soumis à des écoulements turbulents à l'inverse des solutions de polymères. Nous présenterons les résultats obtenus sur l'écoulement turbulent d'une solution diluée de polyacrylamide et d'une solution semi-diluée de micelles géantes en géométrie de von Karman. La solution micellaire présente une rhéofluidification extrême due à la présence de bandes de cisaillement en comparaison avec la solution de polymère. Nous avons caractérisé la réponse globale de ces deux systèmes à l'aide de mesures de couple et vitesse de rotation. Des visualisations directes et des mesures de vélocimétrie en PIV et LDV, ont été utilisées pour déterminer la structure du champ de vitesse ainsi que les propriétés statistiques de l'écoulement turbulent, donnant des éléments de comparaison avec les systèmes polymériques. |