La dynamique de l'interaction entre une couche limite et une cavité ouverte sur l'écoulement principal, est un sujet étudié de longue date [1,2,3,4,5]. Les oscillations auto-entretenues de la couche cisaillée sont le phénomène énergétiquement dominant de l'écoulement, mais l'écoulement se compose également d'une recirculation principale intra-cavitaire, propice au développement d'instabilités centrifuges, du fait de la forte courbure des trajectoires des particules fluides [6, 7]. L'écoulement intra-cavitaire développe ainsi des structures tourbillonnaires bien avant que la couche cisaillée impactante n'oscille.

Nous présentons ici des résultats expérimentaux récents qui complètent des travaux antérieurs [10 , 11, 5]. A partir de séries temporelles de la vitesse mesurée par LDV, nous avons déterminé précisément les nombres de Reynolds critiques Rec des seuils des 2 premières bifurcations, ainsi que les dynamiques résultantes, en accord avec une analyse de stabilité linéaire d'un état de base 3D [5]. Nous avons pu aussi montrer l'existence d'une 3e bifurcation, qui confirme que le rapport R=L/H=1.3 entre la largeur L et la hauteur H de la cavité, sépare bien deux familles de modes sélectionnés au seuil de l'instabilité.

À plus haut nombre de Reynolds, la couche cisaillée se déstabilise à son tour et entre dans un régime d'oscillations auto-entretenues [Rockwell]. Nous préciserons la valeur de ce nouveau seuil critique et son écart aux 3 valeurs de Rec associées aux modes d'instabilité centrifuge. Cet écart conditionne les couplages non-linéaires entre les instabilités intra-cavitaires et les oscillations de la couche de mélange, et conditionne donc les caractéristiques de la route vers le chaos de l'écoulement quand le nombre de Reynolds croît.

[1] JE Rossiter. Wind tunnel experiments on the flow over rectangular cavities at subsonic and transonic speeds. Technical report, Ministry of Aviation ; Royal Aircraft Establishment ; RAE Farnborough, 1964.

[2] D Rockwell and Et Naudascher. Review - self-sustaining oscillations of flow past cavities. Journal of Fluids Engineering, 100(2) :152–165, 1978.

[3]M. A. Kegerise, E. F. Spina, S. Garg, and L. N. Cattafesta. Mode-switching and nonlinear effects in compressible flow over a cavity. Physics of Fluids, 16(3) :678–687, March 2004.

[4]F. Meseguer-Garrido, J. de Vicente, E. Valero, and V. Theofilis. On linear instability mechanisms in incompressible open cavity flow. Journal of Fluid Mechanics, 752 :219–236, 2014.

[5] F Picella, J-Ch Loiseau, F Lusseyran, J-Ch Robinet, S Cherubini, and L Pastur. Successive bifurcations in a fully three-dimensional open cavity flow. Journal of Fluid Mechanics, 844 :855–877, 2018.

[6] Guillaume A Bres and Tim Colonius. Three-dimensional instabilities in compressible flow over open cavities. Journal of Fluid Mechanics, 599 :309–339, 2008.

[7] Thierry M Faure, Panayotis Adrianos, François Lusseyran, and Luc Pastur. Visualizations of the flow inside an open cavity at medium range reynolds numbers. Experiments in Fluids, 42(2) :169–184, 2007.

[8] J Basley, LR Pastur, N Delprat, and F Lusseyran. Space-time aspects of a three-dimensional multi-modulated open cavity flow. Physics of Fluids, 25(6) :064105, 2013.

[9] J. Basley, L.R. Pastur, F. Lusseyran, J. Soria, and N. Delprat. On the modulating effect of three-dimensional instabilities in open cavity flows. Journal of Fluid Mechanics, 759 :546–578, 2014.

[10] CL Douay, LR Pastur, and F Lusseyran. Centrifugal instabilities in an experimental open cavity flow. Journal of Fluid Mechanics, 788 :670–694, 2016.

[11] Christelle L Douay, François Lusseyran, and Luc R Pastur. The onset of centrifugal instability in an open cavity flow. Fluid Dynamics Research, 48(6) :061410, 2016.