Projet de recherche P4/06 (Action de recherche P4)
Le réseau, composé de cinq équipes (ULB, ULg, UMH, UCL et VUB), étudie une gamme étendue de problèmes de mécanique des fluides dans des systèmes composés d'une ou plusieurs phases liquides en contact avec des phases gazeuses ou solides. II s'intéresse aux propriétés de ces systèmes et plus particulièrement à leurs comportements aux interfaces. Les différentes phases peuvent être formées de plusieurs composants, les couplages entre différents phénomènes de transport y sont étudiés tels que les interactions entre la diffusion de masse et de chaleur, les quantités de mouvement, la thermodiffusion et les changements de phase (solidification, évaporation).
L'objectif premier de ces recherches est l'amélioration de la modélisation de ces phénomènes en combinant les approches théoriques, numériques et expérimentales. Du point de vue fondamental, l'accent est mis sur les phénomènes d'instabilité dans les systèmes fluides en non-équilibre tels que la formation de structures, les comportements oscillatoires et le démarrage de la turbulence. Ces phénomènes sont étudiés d'un point de vue théorique par l'ULB, l'ULg et l'UMH, qui utilisent les techniques récentes fournies par les théories modernes de la stabilité hydrodynamique. La VUB et l'UCL, pour leur part, développent et adaptent des études numériques très sophistiquées à l'étude de ces phénomènes. L'ULB et l'UMH joignent leurs efforts pour la réalisation d'expériences et, outre les mesures effectuées sur terre, des expériences spatiales sont réalisées dans le cadre du programme de microgravité de l'Agence Spatiale Européenne, permettant aux investigateurs d'éliminer les effets perturbants de la gravité sur le comportement des interfaces ou sur les phénomènes de transport par diffusion.
Certaines expériences sont en cours de préparation pour des missions spatiales, comme l'étude de la nucléation hétérogène dans le domaine de la croissance cristalline à partir d'une phase vapeur ou des instabilités induites par la tension superficielle dans des couches de fluides non isothermes. De très intéressants phénomènes dépendant du temps ont pu être observés lors d'une expérience spatiale. Des écoulements produits par la tension superficielle dans des systèmes formés de plusieurs couches de liquides immiscibles y ont été étudiés.
La compréhension du comportement hors d'équilibre de systèmes macroscopiques est conditionnée par la bonne modélisation de phénomènes se produisant à plus petite échelle, comme ceux pouvant être observés près des interfaces. La description des phénomènes interfaciaux est donc entreprise à deux niveaux, d'une part, au niveau macroscopique (lorsque les interfaces sont considérées comme des surfaces de discontinuité entre différents milieux), et, d'autre part, au niveau mésoscopique (où elles sont considérées comme des régions tridimensionnelles où la composition du fluide et sa densité varient sur de très courtes longueurs). La modélisation théorique et numérique de phénomènes interfaciaux effectuée par l'ULB, l'ULg, l'UCL et la VUB tire profit des mesures expérimentales obtenues par l'ULB et l'UMH. Les outils de thermodynamique sont appliqués par l'ULg aux systèmes présentant spécifiquement des temps très courts et de petites longueurs caractéristiques, comme c'est le cas aux interfaces.
Des modèles d'écoulements en milieux poreux (billes de verre ou réseau de fractals) sont élaborés grâce à de récents résultats expérimentaux. Ces expériences et calculs numériques sont effectués par l'ULB et l'UMH (filtration induite par poussée d'Archimède et par grimpage capillaire, vérification de lois macroscopiques au niveau des pores, etc).
Les axes de collaboration entre l'ULB, l'ULg et l'UMH portent sur la modélisation de la thermoconvection, la convection thermocapillaire dans les milieux poreux, les instabilités aux interfaces fluide/fluide dans les systèmes multicouches, la modélisation de la turbulence interfaciale et l'explication des comportements transitoires découlant de la compétition entre les structures convectives hexagonales et carrées.
D'autres résultats, obtenus par la VUB, concernent la simulation macroscopique de la convection dans un milieu poreux, la simulation de la convection naturelle et d'écoulements de fluides non-Newtoniens et enfin la modélisation des différents modes d'écoulements biphasiques dans un tube.
Un domaine de recherche très prometteur, développé par l'ULg, I'UCL et la VUB, concerne la modélisation numérique d'écoulements turbulents apparaissant dans des mélanges liquides en cours de solidification.
A long terme, les interactions entre les différentes équipes du réseau PAI doivent conduire au développement d'outils numériques permettant l'étude d'une vaste classe de problèmes relatifs aux interfaces fluides, de même qu'aux phénomènes d'instabilité et de changement de phase.
