THERMAL – Transfert thermique très turbulent approché par apprentissage automatique guidé

L'écoulement turbulent dans une cellule de convection est inhomogène, et met en jeu des couplages forts entre mécanismes physiques qui changent avec le régime, la position dans la cellule, et l'échelle d'intérêt. Des couches limites thermiques se forment près des surfaces, mais sont instables à cause de leur flottabilité. Des petites structures germent: les panaches thermiques. Leur mouvement collectif produit une circulation à grande échelle (LSC), ce qui suggère un transfert d'énergie depuis les petites échelles des panaches vers la grande échelle de la circulation globale. Pourtant, le cisaillement produit par la LSC peut lui-même produire des fluctuations turbulentes (qui contribuent à encore déstabiliser les couches limites) mais qui peut aussi entraver le mouvement ascendant des panaches. Ainsi la chaleur est transportée dans le fluide par les panaches thermiques, à la fois sous l'effet de leur flottabilité et de leur advection dans la LSC, mais aussi par les fluctuations turbulentes. Enfin, la turbulence au cœur de l'écoulement s'approche d'une turbulence homogène et conduit à une cascade d'énergie vers les petites échelles (où la dissipation peut également produire de la chaleur localement). Lorsque la turbulence augmente, en augmentant le forçage, ou en introduisant des perturbations sur les surfaces, l'écoulement peut subir un changement spectaculaire de régime qui se traduit par une efficacité du transfert plus importante. Cependant, les observations expérimentales semblent incompatibles, avec des écarts importants entre les flux de chaleurs observés. Comprendre ces écarts est critique dans les domaines où cette gamme de forçage est attendue (refroidissement de cœurs de réacteur nucléaire, les écoulements géophysiques), car on ne peut pas correctement prédire un flux réaliste si on ne comprend pas les mécanismes physiques sous-jacents.