La théorie de la couche limite laminaire montre
que le profil des vitesses se modifie sous l'effet d'un gradient longitudinal
de pression positif.
La pente à l'origine peut devenir nulle,
caractérisant le point de décollement. Il est en est de
même pour une couche limite turbulente.
· De A à T les vecteurs vitesses restent
parallèles entre eux sur une normale à la paroi : la couche
limite est laminaire.
· A partir de T, les vecteurs vitesses ne sont
plus parallèles entre eux, mais les vecteurs vitesse moyenne restent
parallèles entre eux. La couche limite est turbulente. T est le point de
transition, sa position dépend essentiellement du nombre de Reynolds, de
l'état de surface et du nombre de Mach. La couche limite turbulente est
d'autant plus importante que Re est grand.
· A partir de D, la couche limite se
décolle, les particules près de la paroi voient leur mouvement
s'inverser et entraînent la formation de tourbillons (d'où forte
augmentation de la traînée). D est le point de
décollement.
Figure (I.5) : Décollement de la Couche
Limite
La figure (I.5) montre l'évolution progressive
du profil des vitesses d'amont en avale: lorsque la vitesse s'annule dans les
couches inférieures, le fluide sous l'effet de la pression plus grande
en aval qu'en amont prend une vitesse de sens opposé à celui de
la vitesse de l'écoulement extérieur, créant un courant de
retour. [4]
L'expérience met en évidence le
phénomène très important dit « décollement
libre » dont la position peut être prévue lorsqu'on
étudie le développement d'une couche limite et en particulier
l'évolution du coefficient local de frottement puisque celui-ci s'annule
au point de décollement.
Figure (I.6) : Ecoulement avec gradient longitudinal de
pression positif (D est le point de décollement de la couche
limite).
Pour les applications, il est très important
de noter qu'une couche limite turbulente décolle moins facilement qu'une
couche limite laminaire, étant donné l'échange intense
d'énergie à l'échelle macroscopique qui existe entre les
couches inférieures dans une couche limite turbulente.
Les écoulements décollés
tridimensionnels sont caractérisés par la présence de
structures tourbillonnaires définies comme des concentrations spatiales
de vorticité résultant du décollement de la couche limite
figure (I.6).
Une fois que le décollement a eu lieu, la
vorticité tend à se concentrer au voisinage de surfaces dont
l'enroulement forme les tourbillons. Dans la réalité, de telles
surfaces définies comme support de discontinuités (ou
singularités) n'existent pas. Ces concepts appartiennent aux
modèles de fluide parfait. Dans le monde réel, la
vorticité est répartie dans l'espace et occupe un certain volume
dans le voisinage de ce que l'on appelle une surface de
décollement.
(a) écoulement bidimensionnel (b)
écoulement tridimensionnel
Figure (I.7) : Conceptions simples du
décollement.
