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Opération 31 : Implosion d’une bulle

Auteur : Ghigliotti Giovanni

Dans un écoulement liquide à haute vitesse, il est possible d’observer des variations de pression locale. Lorsque la pression passe sous la pression de vapeur saturante, le liquide passe à l’état gazeux : une bulle de vapeur se crée. C’est la cavitation. Les bulles sont entrainées par l’écoulement et peuvent arriver dans des zones à une pression plus élevée, où elles deviennent instables et finissent par imploser. Cette implosion peut générer des jets liquides et des ondes de choc très intenses, capables d’endommager fortement les matériaux solides (aubes de turbine dans les centrales hydroélectriques, hélice de bateau…). Ce phénomène est appelé « érosion de cavitation ».
Afin de comprendre au mieux l’érosion de cavitation, nous étudions, grâce à des simulations numériques, l’implosion d’une bulle unique à proximité d’une paroi solide. Les informations apportées par ces simulations, sur la dynamique du fluide lors de l’implosion, et sur la dynamique de déformation du matériau solide pourront permettre d’étendre le modèle à une multitude de bulles et à des nuages de bulles, plus proches des configurations industrielles.

Implosion d’une bulle au cours du temps

L’image ci-dessus montre les champs de densité (moitié haute) et pression (moitié basse) lors de l’implosion d’une bulle au cours du temps, mesuré en nanosecondes. On génère une onde de choc au début de la simulation (0 ns) afin de déclencher l’implosion de la bulle, qui démarre à 275 ns. La bulle est percée par un jet de liquide (316 ns), et une onde de choc est spontanément générée (361ns) ; cette onde vient impacter la paroi solide avec une pression avoisinant le GPa (10’000 atmosphères).

Ce travail a été réalisé au sein de la thèse de Yves Paquette, sous l’encadrement de Christian Pellone, Giovanni Ghigliotti, Eric Johnsen (University of Michigan, É.U.), Marc Fivel (SIMAP, UGA) et Jean-Pierre Franc.