L'intérêt de "l'outil microgravité" pour la mécanique des fluides et ses applications

Importance of “the microgravity tool” for fluid mechanics and applications

Laboratoire de Modélisation en Mécanique, Université Pierre et Marie Curie/CNRS, 4 place Jussieu, 75252 Paris Cedex 05, France

Auteur de correspondance : prudhom@ccr.jussieu.fr

Reçu : 16 Janvier 2003
Accepté : 5 Décembre 2003

Résumé

L'expérimentation en microgravité (tours de chute libre, vols paraboliques, fusées sondes et stations orbitales) est intéressante pour certains problèmes de mécanique des fluides où les gradients de densité sont importants sans que la convection forcée ne soit trop grande. On peut y éclaircir certaines situations rendues trop complexes par la présence des forces d'Archimède, reproduire des conditions idéales correspondant à des problèmes types bien connus. En France, le CNES et le CNRS soutiennent ces études au travers de groupements de recherche depuis 1992. L'intérêt de l'expérimentation en micropesanteur et du soutien théorique et numérique associés est mis en évidence dans cet article, tant pour la recherche fondamentale que pour les applications. Les moyens de compenser la gravité terrestre sont présentés. Les considérations de base portent sur la convection naturelle, les effets d'interface, l'évaporation d'une goutte de fluide pur dans un mélange gazeux, la combustion d'une plaque. Les effets de la gravité résiduelle sont abordés à propos de la combustion de gouttes sous haute pression. Les résultats et les perspectives portent sur les points suivants : convection, solidification et croissance cristalline, combustion et phénomènes réactifs, interfaces fluides, milieux granulaires et polyphasiques, fluides critiques.

Abstract

Microgravity (drop towers, parabolic flights, sounding rockets and space stations) is relevant for some problems of fluid mechanics with high density gradients and little forced convection. Some situations, complicated by Archimede forces, can be clarified in microgravity where one can also obtain ideal conditions corresponding to basic theoretical problems. In France, the support and the research management are made, through CNES and CNRS, with the creation of research groups since 1992. The interest of microgravity experimentation and associated theoretical and numerical support for fundamental research and applications is emphasized. Means for compensating earth gravity are presented. Basic considerations are then given on natural convection, interfacial effects, pure droplet vaporization in a gaseous mixture, combustion of a flat plate. Residual gravity effects are approached in the case of droplet combustion under high pressure. Results and prospects concern the following topics: convection, solidification and crystal growth, combustion and reactive phenomena, fluid interfaces, granular and multiphase media, critical fluids