5.1 La grande soufflerie Air-Eau de Luminy
Les expériences ont été réalisées dans la grande soufflerie de Luminy (IRPHE - Mar-seille). Elle est constituée d’une veine fermée de 40m de long, 3.2m de large et 1.6m de hauteur, située au dessus d’un bassin de 40m de long, pour 2.6m de large et 1m de pro-fondeur (Fig 5.1). Le ventilateur permet de générer un écoulement d’air qui peut atteindre 14m/s. Le batteur immergé sous la plage amont, piloté par ordinateur, permet de géné-rer des trains de vagues pour lesquels la fréquence de l’onde dominante peut varier entre 0.7Hz et 2Hz. Un chariot mobile permet de mesurer les différentes caractéristiques de l’état de mer ou de l’écoulement aérien dans chaque section de la soufflerie, permettant ainsi d’étudier les interactions vent-vagues à différents fetchs 1. Dans la suite de l’étude, nous utiliserons le repère suivant pour décrire les composantes des différents termes que nous allons étudier :
– l’axe~xest défini par l’axe de la soufflerie soit la direction moyenne de l’écoulement.
Il a le même sens que l’écoulement – l’axe~z est la verticale ascendante
– l’axe~yest défini par les deux autres de sorte que le répère (~x, ~y, ~z) soit direct. Il est donc horizontal et transversal à l’axe de la soufflerie.
– L’origine de ce repère correspond au point de mesure, il est donc déterminé par le fetch X, soit pour nous la distance du bec amont au point de mesure et l’altitude z qui correspond à la distance entre le point de mesure et le niveau de la surface au repos. Toutes les mesures étant effectuées au milieu de la veine et en suppo-sant que l’écoulement est en moyenne bi-dimensionnel suivant~x et~z, la coordonnée transversaley n’est pas importante.
5.2 Conditions expérimentales
Afin d’étudier les transferts d’énergies vent-vagues pour une gamme d’âges de vagues relativement grande, nous avons utilisé plusieurs techniques de génération de vagues au
1lefetchreprésente la longueur d’action du vent. En soufflerie, il caractérise la distance entre la plaque de raccordement des écoulements d’air et d’eau (entrée de la veine appelée bec) et la position des instruments de mesure (veine d’essai).
5.2 Conditions expérimentales
Fig.5.1 – La Grande Soufflerie Air-Eau de Luminy.
sein de la soufflerie. Trois types de vagues ont été étudiées :
– Les vagues de capillarité-gravité sont générées par le vent à fetch court.
– Les vagues de gravité jeunes sont générées et amplifiées par le vent jusqu’à un fetch long.
– Les vagues de gravité plus vieilles sont une combinaison de vagues de vent pures et de vagues de batteur.
La cambrure et l’âge des vagues évoluent en fonction de la vitesse du vent, du fetch et de la fréquence d’oscillation du batteur.
Dans l’optique d’étudier les différents termes de l’équation bilan de Deardoff (1967) ou de l’équation bilan de l’énergie cinétique turbulente, l’hypothèse d’homogénéité spatiale des écoulements doit être vérifiée. Les travaux de Le Calvé (1991) montrent que la couche limite aérienne dans la grande soufflerie de l’IRPHE est pleinement développée pour des fetchs supérieurs à 25m. L’hypothèse d’homogénéité est alors respectée.
Ainsi, l’étude des vagues de capillarité-gravité pose problème à fetch court où la condi-tion d’homogénéité n’est plus certaine. Pour palier ce problème, nous avons recouvert le canal d’un tapis à bulles afin de diminuer artificiellement le fetch tout en conservant l’homogénéité spatiale de l’écoulement. L’ajustement du fetch et donc les variations des paramètres du champ de vagues sont obtenus par découpage du tapis à bulles et les me-sures sont réalisées à 28m de la plaque de raccordement de la soufflerie.
Cependant cette technique comporte deux points faibles. D’une part, nous avons re-marqué que le tapis à bulles génère un écoulement turbulent pleinement développé et que l’intensité turbulente créée dépend de la rugosité du tapis à bulles2. Ainsi, afin de satisfaire totalement la condition d’homogénéité spatiale, il faudrait avoir une continuité longitudinale de la rugosité au niveau du bec souple3. Nous pensons donc qu’à très faible fetch, l’écoulement peut présenter des gradients longitudinaux locaux. Ces considérations doivent être prises en compte dans l’analyse de nos résultats pour les expériences réalisées à fetch très court.
D’autre part, Garat (1995) a montré que pour des vents supérieurs à 9 m.s−1, le bec souple se met à osciller et génère des perturbations dans l’écoulement aérien et au niveau de l’interface. Nos expériences avec le tapis à bulles ont donc été réalisées à 7 m.s−1.
En ce qui concerne la génération des vagues par le batteur, quelques précautions ont été prises. Lors de campagnes précédentes ( Garat (1995)), il a été montré que le mouvement
2soit de la taille des bulles
3caractérisé par la fin du tapis à bulles.
CHAPITRE 5. Cadre expérimental
du batteur engendre des fluctuations de pression importantes. Ces fluctuations parasites ont le même ordre de grandeur et la même fréquence que celles que nous souhaitons mesurer. Afin d’éviter d’appliquer des corrections hasardeuses à nos mesures, nous avons choisi d’effectuer nos mesures batteur arrêté. Pour ce faire, nous avons généré des cycles alternant batteur en marche et batteur arrêté. Le batteur génère pendant un temps T 4 un groupe de vagues qui se propagent dans le canal. Lorsque les premières vagues arrivent au point de mesure, le batteur s’arrête et l’acquisition des fluctuations de pression peut se faire sans contamination. Quand le train de houle a dépassé les sondes, le batteur redémarre, génère un nouveau groupe de vagues et ainsi de suite jusqu’à obtenir une durée d’acquisition satisfaisante.
L’ensemble des cas traités ainsi que leurs caractéristiques sont reportés dans le ta-bleau A.1.
4qui dépend de la vitesse des vagues créées.
5.2 Conditions expérimentales