Expériences d'enseignement

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Manip d'amphi du cours de Patrick Huerre

Le dispositif est constitué de deux cylindres co-axiaux. Le cylindre extérieur est transparent et mis en rotation à l'aide d'un jeu de poulies et d'une manivelle. Le cylindre intérieur est libre et rendu visible par un motif coloré. Lorsqu'il y a de l'air, la mise en rotation du cylindre extérieur n'affecte pas le cylindre intérieur qui reste immobile. Par contre, lorsqu'on verse de l'eau, le cylindre intérieur se met en mouvement.Par A. Garcia, J.-M. Chomaz & P. HuerreMontage & réalisation analogique : C. WitzMusique : O. Doaré - Remix numérique : P. Hémon & A. Rosinski

Certains fluides ont un comportement plus complexe que celui des fluides classiques dits newtoniens tels que l'air et l'eau. Dans cette expérience, il s'agit de comparer l'écoulement du miel et du dentifrice.Deux récipients cylindriques ont leur fond percé d'un trou. Celui de gauche est rempli de miel et celui de droite de dentifrice. Le miel s'écoule lentement dès qu'il est placé dans le récipient. Par contre le dentifrice ne commence à couler que lorsqu'on a déposé plusieurs masses sur un piston venant s'adapter sur le cylindre.Le miel s'écoule dès la moindre sollicitation représentée ici par le poids du miel. La vitesse du fluide augmente avec la pression exercée. Le miel est un fluide newtonien classique. Par contre le dentifrice ne commence à s'écouler que lorsque la pression exercée dépasse un certain seuil. C'est un fluide à seuil, dit de Bingham dont le comportement est non-newtonien.Par A. Garcia, J.-M. Chomaz & P. HuerreMontage & réalisation analogique : C. WitzMusique : O. Doaré - Remix numérique : P. Hémon & A. Rosinski

Cette expérience due à Couette et Taylor illustre un scénario de bifurcations successives menant d'un état laminaire vers un état chaotique ou turbulent.L'espace entre deux cylindres co-axiaux est rempli d'un mélange d'eau et de glycérol auquel on a ajouté du kalliroscope afin de visualiser la structure de l'écoulement. Le cylindre extérieur est maintenu immobile et l'on augmente progressivement la vitesse de rotation du cylindre intérieur matérialisé par un point jaune.Pour les faibles vitesses, aucune structuration n'apparaît. Des mesures plus fines permettraient de s'assurer que l'on observe l'écoulement de Couette circulaire caractéristique d'un état laminaire. Au-delà d'une valeur critique de la vitesse, cette solution bifurque au profit d'un empilement de tourbillons toroïdaux de Taylor, mais l'écoulement demeure stationnaire dans le temps. Au-delà d'un deuxième seuil, des ondulations se développent et l'écoulement devient périodique dans le temps. Au-delà d'une troisième valeur critique, l'amplitude des ondulations subit des modulations temporelles et l'écoulement devient quasi-périodique à deux fréquences. Enfin, au-delà d'une quatrième valeur critique, l'écoulement bifurque vers un état chaotique turbulent.Par A. Garcia, J.-M. Chomaz & P. HuerreMontage & réalisation analogique : C. WitzMusique : O. Doaré - Remix numérique : P. Hémon & A. Rosinski

Par A. Garcia, J.-M. Chomaz & P. HuerreMontage & réalisation analogique : C. WitzMusique : O. Doaré - Remix numérique : P. Hémon & A. Rosinski

Par A. Garcia, J.-M. Chomaz & P. HuerreMontage & réalisation analogique : C. WitzMusique : O. Doaré - Remix numérique : P. Hémon & A. Rosinski

Par A. Garcia, J.-M. Chomaz & P. HuerreMontage & réalisation analogique : C. WitzMusique : O. Doaré - Remix numérique : P. Hémon & A. Rosinski

Par A. Garcia, J.-M. Chomaz & P. HuerreMontage & réalisation analogique : C. WitzMusique : O. Doaré - Remix numérique : P. Hémon & A. Rosinski

Par A. Garcia, J.-M. Chomaz & P. HuerreMontage & réalisation analogique : C. WitzMusique : O. Doaré - Remix numérique : P. Hémon & A. Rosinski

Par A. Garcia, J.-M. Chomaz & P. HuerreMontage & réalisation analogique : C. WitzMusique : O. Doaré - Remix numérique : P. Hémon & A. Rosinski