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Coefficients de diffusion dans la convection de fluides géophysiques hétérogènes. Application à l’air nuageux et à l’eau de mer

type de publication      thèse de doctorat
date de publication 19-10-2007
auteur(s) Figoureux Karine
jury Bois P.A.; Fraunie P.; Ouahsine A.; Mompean G.; Amiroudine S.; Ouarzazi N.
école Université de Lille 1
  
résumé Les effets diffusifs et thermodiffusifs jouent un rôle très important dans la dynamique des fluides géophysiques, à la fois parce qu’ils sont nombreux et parce qu’ils sont à l’origine de phénomènes qui gouvernent l’évolution de notre environnement.
La plupart des phénomènes qui se produisent dans les fluides géophysiques sont gouvernés par des convections dites « de Rayleigh-Bénard », rendues plus complexes par le caractère multiphasique de ces fluides.
Une propriété dominante des problèmes de convections hydrodynamiques est qu’elles sont gouvernées par « l’Approximation de Boussinesq « , valable uniquement pour des écoulements se produisant dans des couches relativement minces. Une dégénesrence de cette approximation est « l’approximation anélastique » qui est valable pour des convections d’échelle de hauteur importante. Un point commun à ces deux approximations est que les coefficients non constants qui y figurent sont des fonctions ne dépendant que de l’état statique du milieu.
Lorsque les fluides sont hétérogènes, le mécanisme de convection s’applique à plusieurs diffusions combinées ensemble. Celles-ci, essentiellement dues à la diffusion moléculaire des constituants, sont gouvernées par des lois de Fick, qui mettent en jeu des coefficients appelés coefficients de diffusion. Ceux-ci sont des fonctions des variables d’état caractérisant thermodynamiquement le milieu : p, T, et les concentrations des constituants. Mais ces fonctions ne sont pas connues en général.
L’objet de ce travail est double : (1) former, dans des conditions réalistes, des équations de diffusion capables de décrire efficacement les phénomènes de convection dans des fluides possédant les caractéristiques des fluides géophysiques, et, en particulier, d’identifier les coefficients de diffusion correspondants ; (2) montrer comment, à l’aide de données issues de mesures relativement simple, ces coefficients de diffusion peuvent être estimés lorsque l’on s’intéresse aux fluides de l’environnement. On évalue tout d’abord les valeurs statiques de ces coeffcients puis on indique comment un nombre plus élevé de données expérimentales permettrait de déterminer leur valeur en fonction des variables d’état. On traite, à titre d’exemple, trois milieux à propriétés différentes : (a) l’air humide insaturé (l’air atmosphérique « clair » qui est un mélange binaire inerte idéal de gaz parfaits ; (b) l’eau de mer, (mélange binaire d’eau et de sel liquide), qui est un mélange inerte non idéal de liquides à lois d’état complexes, (c) l’air humide saturé (air « nuageux ») qui est un mélange ternaire non inerte.
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