Analyse de l'instabilité de Taylor-Couette non newtonienne à l'aide de la théorie, de l'expérimentation et de la simulation numérique // Non-newtonian Taylor Couette instability analysis using theory, experiment and computational fluid dynamics

L'écoulement de Couette-Taylor reste un cas de référence dans l'histoire de la dynamique des fluides. On le retrouve souvent dans les systèmes énergétiques industriels, les systèmes rotatifs (roulements de transmissions à engrenages), les réacteurs chimiques ou biologiques, les opérations de séparation et de filtration, ainsi que dans diverses autres applications. Malgré la simplicité de sa géométrie, ce type d'écoulement peut comporter une grande variété de structures tourbillonnaires assez riches et complexes. En effet, il s'agit du premier cas qui prévoit l'apparition d'instabilités hydrodynamiques et décrit les propriétés des structures tourbillonnaires telles que la forme, la taille, l'intensité énergétique, l'impact sur les transferts de masse et de chaleur ainsi que l'interaction entre les structures tourbillonnaires du fluide et la paroi.
L'étude des écoulements newtoniens ou non newtoniens dans une telle configuration dépend principalement de plusieurs paramètres géométriques et physiques. La nature des surfaces des parois en contact avec le fluide joue un rôle clé dans l'accélération ou le retard des instabilités hydrodynamiques. C'est pourquoi, dans ce travail de recherche, nous proposons de mener des investigations expérimentales et numériques détaillées, afin de mieux comprendre les mécanismes physiques régissant ces instabilités, en tenant compte de la nature de la surface lisse ou rugueuse de la paroi et en utilisant un fluide newtonien, puis un fluide non newtonien tel que des mousses humides par exemple.
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The Couette-Taylor flow remains a benchmark case in the fluid dynamics history. It is often encountered in industrial energy systems, rotating systems (gear transmission bearings), chemical or biological reactors, separation and filtration operations, and in various other applications. Despite the simplicity of its geometry, this type of flow may have involved a variety of rather rich and complex vortex structures. Indeed, it is the first specimen, which foresees the appearance of hydrodynamic instabilities and describes the properties of the vortex structures such as the shape, the size, the energy intensity, the impact on the mass and heat transfers as well as the interaction between vortex structures of the fluid and the wall.
The study of Newtonian or non-Newtonian flows in such a configuration mainly depends on several geometric and physical parameters. The nature of the walls surfaces in contact with the fluid plays a key role in the advance or delay of hydrodynamic instabilities. That is why, in this research work, we propose to carry out detailed experimental and numerical investigations, to better understand the physical mechanisms governing these instabilities, taking into account of the nature of the smooth or rough wall surface and using a Newtonian fluid, then non-Newtonian fluid such as wet foams for example.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Programmes ministériels spécifiques

Université Polytechnique Hauts de France

635 Ecole Doctorale Polytechnique Hauts-de-France

Fluid mechanics. Numerical methods for mechanics.
Fluid mechanics. Numerical methods for mechanics.