Soutenance de thèse de Naima DEMNI

Une interaction entre une onde de choc et une couche limite turbulente supersonique a été expérimentalement étudiée. Quand le gradient de pression adverse que subit la couche limite est assez intense, il entraine le décollement de celle-ci. Ce phénomène est le siège d’instationnarités, notamment à basses fréquences. Des travaux antérieurs ont permis de caractériser un type de décollement, dit "restreint" ou "fermé", où l’onde de choc engendre le décollement et le recollement de la couche limite en aval. On trouve dans la littérature différents résultats et modèles permettant de décrire le comportement instationnaire à basses fréquences de ce décollement et de déterminer ses sources excitatrices. Ici, on s’intéresse à un type différent de décollement, dit "ouvert" ou "libre" où la couche limite se détache de la paroi sans recollement aval. Cette configuration peut être rapprochée de celle observée en tuyères dites surdétendues dans lesquelles l’origine des instationnarités à basses fréquences est mal identifiée. Cette étude a pour but de déterminer les mécanismes physiques responsables des instationnarités observées dans ces interactions. Pour cela, une configuration expérimentale originale a été conçue et mise en place. La vélocimétrie par Imagerie de Particules, les mesures de pression statique et totale, ainsi que l’Anémométrie à Fil Chaud ont été utilisées afin de décrire spatiotemporellement le décollement ouvert dans une configuration bidimensionnelle. À partir de cette caractérisation de l’interaction, différents modèles utilisés dans l’étude des décollements fermés ont été discutés afin de tester leur validité dans le cas ouvert, notamment l’effet des différentes régions de l’écoulement (couche limite amont et écoulement aval de l’interaction) sur les instationnarités du choc en fonction de l’intensité de l’interaction. L’interprétation proposée est que les basses fréquences du mouvement du choc sont dues aux fluctuations de pression extérieures imposées en aval de l’interaction et qu’il n’existe pas d’évidence de création de basses fréquences propres à l’interaction. Cette étude apporte une réponse sur la manière dont le système réagit en amplitude vis à vis des perturbations extérieures imposées : elle propose que l’interaction se comporte comme un "amplificateur de bruit". Dans les cas décollés, le système joue le rôle d’un filtre passe bas vis à vis de l’excitation aval.

An interaction between a shock wave and a turbulent supersonic boundary layer is experimentally investigated. When the adverse pressure gradient that the boundary layer incurs is strong enough, it leads to the flow separation. This project deals with an interaction, which compares with Free Shock Separation regime (FSS), and occurs when the boundary layer does not reattach to the wall. This configuration is similar to that observed in overexpanded nozzles.We note inside this interaction a development of unsteadiness of which the origin is not well identified. The aim of this study is to give an understanding of the physical mechanisms inducing these unsteady features. Here we present the results on an original experimental set-up of a 2D Free Shock Separation. Pitot probe, static pressure probe, HotWire Anemometry and Particle Image Velocimetry are used to describe the spatial organization of the flow, as well as the frequency scales obtained in various configurations. From this interaction’s characterization, we discuss different models which were documented in the literature and used to study the RSS regime in order to check their validity in FSS case, in particular the contribution of different regions of the flow (upstream boundary layer, flow downstream the interaction) in the interaction unsteadiness. No evidence of intrinsic low time scales of the shock has been observed and the dominant frequencies of the shock’s spectrum are found similar to that of the subsonic external flow downstream the interaction. Furthermore, shock’s reaction in amplitude to downstream perturbations has been enlightened : we suggest that the interaction behaves as a "noise amplifier". For the separated cases, the system plays the role of a low pass filter towards the downstream fluctuations.