Dans le contexte de l'hydrodynamique navale, l'injection de bulles sous la carène des navires est utilisée afin de réduire la résistance de frottement. Cependant, les mécanismes associés à l'interaction des bulles avec le frottement de paroi ne sont pas très bien identifiés.

Dans un écoulement de Taylor Couette, dans la transition vers la turbulence, les cellules contra-rotatives de Taylor, responsables des jets entrants et sortants, jouent le même rôle que les cellules longitudinales associées aux stries de frottement qui se développent le long d'une paroi plane. De ce fait, l'injection de bulles dans un écoulement de Taylor Couette permet d'étudier les interactions entre les bulles, les cellules et le frottement de paroi. Pour un cylindre intérieur en rotation, Muraï et al. [1] ont montré qu'il est possible d'obtenir une organisation des bulles sous forme de tores ou sous forme d'hélice. L'hélice caractérise un état d'écoulement particulier, pour lequel les bulles ne sont pas bien capturées par les cellules de Taylor et sont évacuées sous la forme d'un flux transverse axial, près du cylindre intérieur. Ce flux transverse peut modifier le frottement de paroi.

Nous proposons dans cette étude de caractériser le champ de vitesse et le couple visqueux pour une organisation des bulles hélicoïdale, dans un dispositif de Taylor Couette avec une géométrie d'entrefer mince (rapport des rayons égal à 0.909). La largeur d'entrefer d est de 20mm, pour un rapport d'aspect (hauteur utile/d) de 44. Le fluide utilisé est un mélange eau-glycérine à 40%. Les bulles sphériques injectées en bas du dispositif ont une taille de l'ordre de 6% de d. Le nombre de Reynolds, basé sur la vitesse orthoradiale du cylindre intérieur vaut 15000 et le débit d'injection d'air est de 70ml/min. Des mesures par stéréo PIV basse fréquence sont réalisées dans le plan vertical méridien, en simultané avec des mesures du couple visqueux exercé sur le cylindre intérieur. L'organisation hélicoïdale de la phase gazeuse est mise en évidence par visualisations des bulles en vue de face.

Les tensions de Reynolds dans les trois directions, caractéristiques de la turbulence du mouvement cohérent et caractéristiques de la turbulence du mouvement aléatoire, ont été discriminées et quantifiées. L'anisotropie de la turbulence est modifiée par la présence des bulles. Le profil radial du flux radial de vitesse angulaire montre une dissymétrie de la répartition du couple total entre le cylindre intérieur et le cylindre extérieur, par les transferts de quantité de mouvement aux interfaces des bulles.

[1] Muraï Y., OIwa H., & Takeda Y., 2008, frictional drag reduction in bubbly Taylor Couette Flow, Phys. Fluids, 20, n° 034101