Soutenance de thèse de Mathieu BRASSEUR

L'instabilité de Richtmyer-Meshkov se produit lorsqu'une interface perturbée entre deux fluides est accélérée par une onde de choc. Elle est d'importance primordiale, en particulier en fusion par confinement inertiel, au cours de laquelle cette instabilité déclenche un mélange entre le combustible et sa coquille, empêchant l'allumage de la réaction. Cette instabilité a largement été étudiée en géométrie plane, et plus récemment, en géométrie cylindrique afin de prendre en compte les effets de convergence. Dans cette étude, nous étudions expérimentalement l'instabilité de Richtmyer-Meshkov en géométrie sphérique, où les effets de convergence sont plus prononcés. Tout d'abord, nous démontrons la possibilité de générer une onde de choc sphérique convergente dans une chambre conique, en utilisant la différence d'impédance accoustique entre différents gaz. La propagation de l'onde de choc est suivie avec une caméra rapide, un plan laser et un ensemencement de particules micrométriques (gouttelettes d'huile ou fumée) pour diffusion de Mie. La déformation optique devient difficile à cause de la géométrie conique. Un algorithme de machine learning est utilisé pour reconstruire l'image non-déformée de l'écoulement. Cela permet l'étude de la forme et de la trajectoire de l'onde de choc. L'étape suivante est d'appliquer cette technique expérimentale à l'étude de l'instabilité de Richtmyer-Meshkov dans une telle géométrie, où le choc sphérique intéragit avec une interface perturbée entre différents gaz. Le développement de l'instabilité est à nouveau observé par diffusion de Mie avec une caméra rapide. Nous étudions le déplacement et la croissance des perturbations à l'interface, et comparons ces résultats à des simulations numériques et à des prédictions théoriques.

Richtmyer-Meshkov instability occurs when a corrugated interface between two fluids is accelerated by a shock wave. It is of primary importance, particularly in inertial confinement fusion, where it triggers a mixing between fuel and shell, preventing the ignition of the reaction. This instability has been widely investigated in planar geometry, and, more recently, in cylindrical geometry, to consider convergence effects. In this study, we experimentally investigate the Richtmyer-Meshkov instability in spherical geometry, where convergence effects are more pronounced. First, we demonstrate the possibility of generating a spherical converging shock wave in a conical chamber using the impedance mismatch between different gases. The shock wave propagation is tracked using a high-speed camera, a laser sheet setup, and micron-sized particles (oil droplets or smoke) seeding for planar Mie scattering. Due to the conical geometry of the chamber, optical distortion correction becomes challenging. A machine learning algorithm is used to reconstruct the undistorted image of the flow. This enables the study of the shock wave sphericity and its trajectory. The next step is to apply this experimental technique to study the Richtmyer-Meshkov instability in such a geometry, where the spherical shock wave interacts with a corrugated interface between different gases. The development of the instability is again monitored thanks to the high-speed camera and planar Mie scattering. We study both the displacement and the growth of the perturbations at the interface and compare it to numerical simulations and new theoretical predictions.