Basile Radisson

Soutenance de thèse
IRPHE

Résumé :
Les flammes de prémélange sont souvent minces devant les échelles de l’écoulement dans lequel elles évoluent. La description de leur dynamique peut alors se réduire à des équations d’évolution pour leur front. Ce manuscrit présente une série d’expériences de laboratoire qui visent à valider la pertinence de telles modélisations. Les expériences sont menées dans une configuration quasi-2D (brûleur de Hele-Shaw) permettant une analyse fine de la
dynamique de l’interface. Dans une première partie, l’évolution d’une flamme initialement plane et se propageant dans un écoulement au repos est étudiée. Pour la première fois, une comparaison quantitative de l’évolution non-linéaire avec une équation de type Michelson-Sivashinsky est obtenue. Par ailleurs, on montre que les solutions analytiques de cette équation permettent de prédire certaines propriétés statistiques du front. Ces prédictions restent valables même aux temps longs lorsque le bruit joue un rôle important dans la dynamique. Dans une deuxième partie, l’influence de l’enceinte du brûleur est étudiée. Un nouveau mécanisme de couplage vibroacoustique, propre à cette géométrie confinée, est identifié. Les propriétés de ces modes de structure sont ensuite exploitées pour étudier l’interaction d’une flamme avec un forçage périodique. Enfin, ces flammes quasi-2D, planes en moyenne, sont soumises à un écoulement faiblement turbulent. L’évolution de la vitesse de flamme avec l’intensité du forçage transite d’un régime super-linéaire aux très faibles forçages vers un régime sous-linéaire quand l’intensité turbulente s’approche de la vitesse de flamme laminaire.

Abstract :
In many applications where premixed combustion is involved, the flame thickness is weak compared to the scales of the flow. This property allows to describe the flame front evolution as an interface dynamics. In this manuscript some experiments are performed in order to check the validity of such models. The experiments are carried out in a Hele-Shaw burner. This quasi-bidimensional configuration allows for an accurate analysis of
the flame front evolution. First, the dynamics of an initially flat flame propagating in a quiescent flow are analyzed. A quantitative comparison of an experimental flame evolution with the one predicted by a Michelson-Sivashinsky type equation is obtained for the first time. Moreover, the analytic pole solutions of this model allows us to predict some statistic properties of the flame front. These predictions are shown to still be valid at large time, where the external noise plays an important role in the observed dynamics. In a second part, flame/burner interactions are investigated. A new vibroacoustic coupling mechanism is identified. Then, harnessing the properties of this vibroacoustic coupling, the flame is submitted to an oscillating flow. It allows us to explore some characteristics of the flame response to a time dependent external forcing. Finally, the flame is submitted to a weakly turbulent flow. The influence of the flow fluctuations intensity on the turbulent flame speed is explored. The flame speed increase is shown to switch from a sublinear regime at small forcing to a superlinear one when the forcing intensity is approaching the laminar flame speed value.

Devant le jury composé de :
Mme Françoise Baillot (Rapporteure)
M. Christophe Clanet (Examinateur)
M. Yves D'Angelo (Rapporteur)
M. Guy Joulin (Examinateur)
M. Joël Quinard (Invité)
M. Gregory Sivashinsky (Examinateur)
M. Christophe Almarcha (Directeur de thèse)
M. Bruno Denet (Directeur de thèse)