De meilleures descriptions de l'écoulement turbulent
La plupart des écoulements sont turbulents, aussi bien pour des gaz que pour des liquides. Le fluide change sans cesse de vitesse et de direction, au lieu de s'écouler en couches régulières comme dans l'écoulement laminaire. Malgré l'universalité du phénomène et son importance pour de nombreux domaine, la science continue de rechercher une description complète et exacte du passage de l'écoulement laminaire à l'écoulement turbulent (une bifurcation hiérarchique). Les scientifiques du projet T2T-VDG (Transition to turbulence in ventilated double glazing), financé par l'UE, ont mis au point de nouvelles techniques numériques pour déterminer avec une grande exactitude les transitions vers la turbulence. Les méthodes classiques s'appuient sur des approches statistiques (les équations de Navier-Stokes) qui utilisent la moyenne dans le temps des propriétés de l'écoulement. Récemment, une méthode basée sur des équations différentielles non linéaires a donné des solutions cohérentes et universellement applicables. Cette séquence de bifurcations est une approche déterministe qui n'exige aucune hypothèse à priori ni connaissance empirique (car elle est basée sur des principes premiers). Ces scientifiques ont associé cette approche avec une analyse de stabilité basée essentiellement sur les équilibres dynamiques à partir d'équations classiques de Navier-Stokes sur des cadres mobiles d'écoulements. L'analyse de stabilité subséquente est unique au logiciel T2T-VDG. En unifiant diverses méthodes mathématiques, les nouvelles méthodes déterminent la transition vers la turbulence de l'écoulement de cisaillement, et facilitent la définition d'un excellent contrôle de ces transitions. La méthode de séquence de bifurcations est basée sur l'analyse de la transition vers la turbulence, suite à des bifurcations hiérarchiques. Elle détermine les bifurcations via leurs propriétés de brisure de symétrie, la première bifurcation survenant à cause d'une instabilité de l'état initial, homogène. Les chercheurs ont appliqué les méthodes pour identifier les points de bifurcation possibles pour l'écoulement tertiaire ainsi que pour sa stabilité, afin d'identifier des points de bifurcation quaternaires et au-delà. Les outils utilisent des méthodes numériques simplifiées pour les bifurcations d'ordre supérieur, afin d'économiser en temps de calcul sans perdre en exactitude. L'équipe a créé un logiciel pour déterminer l'arbre des bifurcations de la transition turbulente d'un écoulement laminaire, associée aux formes complexes. Cette solution universelle sera inestimable pour les entreprises d'Europe ainsi que pour le développement scientifique au niveau mondial.
