Anciens membres : A. Campagne, J. Boisson, B. Gallet, C. Lamriben, N. Machicoane, M. Rabaud
Collaborations présentes ou passées : T. Dauxois (ENS Lyon), B. Gallet (CEA Saclay), L.R.M. Maas (Univ. Utrecht), B. Voisin (LEGI), D. Cébron (ISTerre), P. Billant et J.-M. Chomaz (LadHyX)
Qu’est-ce que la plateforme Gyroflow ?
Gyroflow est une plateforme tournante dédiée à l'étude en laboratoire d'écoulements d'intérêts géophysiques.
D'un diamètre de 2 m, elle est capable d’embarquer jusqu’à 1 tonne (expérience et matériel de mesure) à une vitesse de rotation de 30 tours/minute.
Cette plateforme est installée au laboratoire FAST à Orsay, et a été co-financée par le RTRA « Triangle de la Physique » et l'Agence Nationale de la Recherche.
Elle est opérationnelle depuis septembre 2009.
La plateforme Gyroflow. Les mesures de vélocimétrie par images de particules
sont réalisées à l'aide de la caméra (à droite, en bleu), et du laser (à gauche, en noir).
Qu’est-ce qu’un écoulement géophysique ?
Les écoulements géophysiques sont des écoulements turbulents dont la dynamique est dominée par les effets de la rotation (force de Coriolis) et de la stratification (en température ou en salinité).
Ces écoulements ont pour point commun leur nature quasi-bidimensionnelle, ainsi que la présence de structures tourbillonaires cohérentes très intenses.
Les grandes circulations océaniques ou atmosphériques sont les illustrations les plus remarquables des propriétés des écoulements géophysiques.
On trouve également des écoulements géophysiques dans les planètes gazeuses – la célèbre tâche rouge de Jupiter –, dans les étoiles, ou encore dans le noyau liquide des planètes comme la Terre...
Deux exemples d'écoulements géophysiques : deux cyclones au sud de l'Islande, et la tache rouge de Jupiter, photographiée par Voyager 1 (source: NASA).
Quelle est l’influence de la force de Coriolis sur un écoulement ?
La force de Coriolis défléchit les trajectoires des particules fluides, à la manière d’un champ magnétique sur une particule chargée.
Mais dans un fluide, essentiellement incompressible, la trajectoire circulaire résultant de cette déflection donne lieu à une onde
propagative anisotrope appelée onde d’inertie.
Dans le cas d'un écoulement turbulent, l’effet de la force de Coriolis est complexe : la turbulence devient anisotrope avec une forte tendance
à la bidmensionnalisation, c'est-à-dire à l'invariance selon l'axe de la rotation. Les grandes échelles peuvent être affectées par la rotation,
tandis que les petites échelles ne le sont pas, du fait de leur dynamique rapide comparée à la vitesse de rotation. Aux grandes échelles, les interactions
non-linéaires entre ondes d'inertie peuvent dans certains régimes être le moteur de la turbulence en rotation et construire un régime de « turbulence d'ondes ».
Expériences de turbulence en rotation
La plateforme Gyroflow est un outil permettant d'étudier expérimentalement les processus fondamentaux issus de
l'interaction entre une rotation globale et la dynamique des fluides, dont en premier lieu ceux au sein de la turbulence en rotation
comme dans les deux expériences illustrées ci-dessous :
une expérience de turbulence en déclin, dans laquelle la turbulence est initialisée par la translation
rapide d'une grille dans le fluide,
une expérience de turbulence forcée, dans laquelle
des générateurs de dipoles de tourbillons viennent injecter continuement de l'énergie dans l'écoulement.
Expérience de turbulence de grille montée sur la plateforme Gyroflow (octobre 2009).
Expérience de turbulence forcée par des générateurs de dipôles tourbillonnaires (février 2013).
Remerciements
Les activités sur la plateforme tournante Gyroflow sont actuellement soutenues par l'Agence Nationale
de la Recherche dans le cadre du projet DisET (2018-2022) porté par le laboratoire FAST (Projet ANR-17-CE30-0003).
Ces activités reçoivent le soutien de l'équipe technique du FAST composée de J. Amarni, A. Aubertin, L. Auffray, C. Borget et R. Pidoux.
Les articles ci-dessous sont basés sur des données obtenues sur la plateforme Gyroflow.
Wake of inertial waves of a horizontal cylinder in horizontal translation
N. Machicoane, V. Labarre, B. Voisin, F. Moisy, P.-P. Cortet, Phys. Rev. Fluids3 034801(2018)
[Abstract | PDF]
Two-dimensionalization of the flow driven by a slowly rotating impeller in a rapidly rotating fluid
N. Machicoane, F. Moisy, P.-P. Cortet, Phys. Rev. Fluids1, 073701 (2016)
[Abstract | PDF]
Turbulent drag in a rotating frame
A. Campagne, N. Machicoane, B. Gallet, P.-P. Cortet, F. Moisy, J. Fluid Mech.794, R5 (2016)
[Abstract | PDF]
Influence of the multipole order of the source on the decay of an inertial wave beam in a rotating fluid
N. Machicoane, P.-P. Cortet, B. Voisin, F. Moisy, Phys. Fluids27, 066602 (2015)
[Abstract | PDF]
Disentangling inertial waves from eddy turbulence in a forced rotating
turbulence experiment
A. Campagne, B. Gallet, F. Moisy, P.-P. Cortet, Phys. Rev. E91, 043016 (2015)
Structure and dynamics of rotating turbulence: a
review of recent experimental and numerical
results
F.S. Godeferd, F. Moisy, Applied Mechanics Reviews67, 030802 (2015)
[Abstract | PDF]
Scale-dependent cyclone-anticyclone asymmetry in a forced rotating
turbulence experiment
B. Gallet, A. Campagne, P.-P. Cortet, F. Moisy, Phys. Fluids26 035108 (2014).
[Abstract | PDF]
Direct and inverse energy cascades in a forced rotating turbulence experiment
A. Campagne, B. Gallet, F. Moisy, P.-P. Cortet, Phys. Fluids26, 125112 (2014)
[Abstract | PDF]
Inertial waves and modes excited by the libration of a rotating cube
J. Boisson, C. Lamriben, L.R.M. Maas, P.-P. Cortet, F. Moisy, Phys. Fluids24, 076602 (2012).
[Abstract | PDF | movies]
Earth rotation prevents exact solid body rotation of fluids in the laboratory
J. Boisson, D. Cébron, F. Moisy, P.-P. Cortet, EPL98, 59002 (2012).
[Abstract | PDF]
Experimental evidence of a triadic resonance of plane inertial waves in a rotating fluid
G. Bordes, F. Moisy, T. Dauxois, P.-P. Cortet, Phys. Fluids24, 014105 (2012).
[Abstract | PDF]
Direct measurements of anisotropic energy transfers in a rotating
turbulence experiment
C. Lamriben, P.-P. Cortet, F. Moisy, Phys. Rev. Lett.107, 024503 (2011).
[Abstract | PDF]
Excitation of inertial modes in a closed grid turbulence experiment under rotation
C. Lamriben, P.-P. Cortet, F. Moisy, L. Maas, Phys. Fluids23, 015102 (2011).
[Abstract | PDF]
Viscous spreading of an inertial wave beam in a rotating fluid
P.-P. Cortet, C. Lamriben, F. Moisy, Phys. Fluids22, 086603 (2010).
[Abstract | PDF]
