Dans ce chapitre, nous avons apporté des éléments prouvant que ni le gradient longitudinal de pression, ni la présence du dispositif de conditionnement n’affectaient les écoulements moyen et fluctuant au niveau de la zone d’étude. Bien que pouvant être amélioré, le dispositif de conditionnement a permis d’épaissir la CL d’un peu plus de 5 h et de générer un écoulement moyen bi-dimensionnel avec les caractéristiques d’une CLA de type urbaine, à échelle réduite (de l’ordre de 1 :100).
Le manque de données au niveau de la CS dû à l’inadaptation de l’anémométrie à fils chauds pour ce genre d’écoulement fortement turbulent et tri-dimensionnel a été largement compensé par l’utilisation de la PIV 2C et 3C. De nombreuses campagnes de mesures avec les différentes techniques ont été menées afin de confirmer ou de compléter nos données. Notre base de données nous a permis de décrire précisément la structure de la CL (tab. 3.3.1) en étudiant les modifications de comportement de l’écoulement moyen et fluctuant. Notre CL possède une épaisse zone à flux quasi-constant que l’on ne trouve généralement pas dans la littérature pour une simulation complète. Le fait de ne pas pouvoir mesurer la traînée de forme n’a pas été un frein à la détermination de la vitesse de frottement ainsi que des autres paramètres de rugosité (tab. 3.3.2). Nos résultats sont aussi en bon accord avec la littérature.
Grâce à la PIV stéréoscopique, nous avons accès à une distribution des différentes tensions de Reynolds. Celles-ci sont marquées par la dynamique de l’écoulement et d’autres sont "muettes" telles que les tensions croisées comprenant la composante transversale alors que nous avons montré que celle-ci contribuait pour 1/4 de l’énergie cinétique turbulente à proximité de la canopée. Les tensions restent des grandeurs intégrales qui nous empêchent de comprendre comment est répartie l’énergie. C’est vers d’autres outils statistiques que nous devons nous tourner afin de décomposer ces tensions et mettre en évidence des structures cohérentes intervenant dans les transferts verticaux.
Structure de la turbulence dans la
couche de surface
Au sein de la CS, l’analyse de la distribution spatiale des tensions moyennes de Reynolds mesurées en un point montre que la turbulence présente ponctuellement des caractéristiques différentes en fonction de l’altitude et de la position de la mesure par rapport aux obstacles. Bien que les fluctuations des trois composantes de la vitesse soient des variables aléatoires, il existe des volumes où ses grandeurs inté-grales présentent, individuellement, des valeurs relativement homogènes. De plus, plusieurs composantes peuvent avoir des comportements remarquables dans des régions communes. Afin de mettre en évidence des relations possibles entre ces différentes fluctuations de la vitesse, il est nécessaire de calculer des coefficients de corrélation spatiale, au minimum, en deux points. C’est ce qui est réalisé dans ce chapitre. Une analyse des cartes de corrélation spatiale des neuf combinaisons possibles entre les trois fluctua-tions de vitesse est effectuée dans les plans XZ, YZ et XY. L’ensemble de ces cartes est présenté en Annexes. Les points de référence choisis se situent au-dessus des positions P1, P2 et P3 (sect. 2.2.2) et à quatre altitudes spécifiques représentatives des différentes sous-couches et de l’interface : z = 3 h pour la SCI (sect. A.1), z = 1, 5 h pour la SCR (sect. A.2), z = 1 h pour l’interface entre la SCR et la canopée (sect. A.3) et z = 0, 5 h pour la canopée (sect. A.4). Pour tout autre point de la carte de corrélation, on parlera de point d’observation. Un niveau de corrélation est donc déterminé entre la composante de vitesse donnée au point de référence (représentant le mouvement de référence) et une seconde composante (identique ou différente de la première) donnée à un des points d’observation. Dans un premier temps, les calculs d’auto-corrélation des trois composantes de la vitesse permettent de mettre en exergue des mouvements cohérents simples. Ces derniers sont caractérisés par des échelles de longueur et éventuellement un angle d’inclinaison pour lesquels l’évolution en fonction de l’altitude du point de référence est décrite. Ensuite, des couples de deux différentes composantes de la vitesse sont corrélés afin de faire apparaître des relations plus complexes. On impose chaque composante comme
mouvement de référence, l’une après l’autre, nous fournissant ainsi deux séries de cartes de corrélation pour chaque couple. En combinant plusieurs cartes d’auto- et d’inter-corrélation, des interactions entre plusieurs structures et mouvements cohérents sont mis en évidence. Outre la présence de régions de sous-et de sur-vitesse longitudinale ainsi que de mouvements d’éjection sous-et de balayage (que l’on rebaptise : pénétration) apparaissant déjà dans la littérature dans le cadre d’une CL se développant sur une surface plane, nous mettons ici en avant l’importance de la composante transversale ainsi que son rôle par rapport aux mouvements d’éjection et de pénétration. Conscient que le calcul des corrélations peut faire l’amal-game entre différents mouvements cohérents proches et communs à des structures de différentes natures, des analyses de quadrants des termes croisés et des calculs de moyennes conditionnées (confrontés aux moyennes d’ensemble) sont effectués et associés aux cartes de corrélation afin d’affiner les résultats de ces derniers. Enfin, les relations statistiques entre les mouvements provenant des différentes sous-couches et ceux de la canopée sont systématiquement décrites afin de mettre en lumière la présence des mouvements cohérents participant aux transferts verticaux entre les écoulements de la canopée et celui de la CL.