Atténuation des ondes de choc

(Eric Daniel, Lazhar Houas, Georges Jourdan, Christian Mariani, Jacques Massoni)

L’atténuation des ondes de choc et plus généralement leur dynamique est un thème très important dans l’axe ECOCI. Cette thématique a des aspects fondamentaux mais aussi appliqués notamment dans les secteurs liés à la sûreté, sécurité et défense. Par exemple, un des buts de cette thématique est de savoir prédire l’atténuation de l’intensité d’une onde de choc (amplitude, vitesse), par des moyens géométriques, par les interactions avec des sprays, des rideaux d’eau ou des mousses aqueuses. Les résultats obtenus permettent d’imaginer et dimensionner des moyens préventifs  aux risques explosifs (destruction d’objets suspects), permettent d’améliorer la sécurité des biens et des personnes (dans des bâtiments, des rues..)

Exemple : Dynamique des onde de choc dans des systèmes géométriquement complexes

Comparaison Expérience (haut) et numérique de la propagation d’un choc dans une conduite en Y.
  • Marty, A., et al. . Experimental and numerical investigations of shock wave propagation through a bifurcation. Shock Waves29(2), 285-296(2019).
  • Marty, A., et al. (. Shock wave mitigation propagating through a cavity. In 32nd International Symposium on Shock Waves (ISSW32),2019, July).

Exemple : Atténuation des ondes de choc par un nuage de gouttelettes d’eau

L’interaction d’une onde de choc avec un spray de gouttelettes a été étudié expérimentalement et numériquement. Expérimentalement, ceci a été rendu possible grâce au tube à choc inclinable dont dispose l’IUSTI/ECOCI. Après avoir valider les modèles de fragmentation de gouttes dans des écoulements, la comparaison expérience/numérique a montré le rôle essentiel de la fragmentation secondaire l’évolution sur l’évolution de la pression au travers du choc, qui suit un profil profil particulier.


Instabilité de Richtmyer-Meshkov

(D.Barros, L. Houas, G. Jourdan, C. Mariani)

L’instabilité de Richtmyer-Meshkov (RM) se produit quand une interface entre fluides de densités différentes est accélérée par une impulsion, par exemple par le passage d’une onde de choc. Pendant l’implosion d’une cellule de fusion à confinement inertiel, la coquille chaude entourant le combustible deutérium-tritium est accélérée par le choc. Le mélange entre le matériau de la coquille et le combustible n’est pas souhaité et des efforts sont faits pour minimiser toutes les imperfections ou irrégularités présentes à la surface de la coquille et à l’origine de ces instabilités.

En géométrie cylindrique

L’IUSTI et le CEA/DAM collaborent depuis 2012 sur l’étude du développement de l’instabilité de Richtmyer-Meshkov en géométrie cylindrique par un dispositif de lentille gazeuse adapté à un tube à choc. Ces expériences ont été réalisées sur le tube à choc conventionnel T80 dans le cas où le choc se propage du fluide lourd vers le fluide léger et inversement et en suivant le développement de l’instabilité au moyen de systèmes de visualisation par ombroscopie et coupe plane laser ultra-rapide résolus en temps.

Montage expérimental adapté au tube à choc T80 en géométrie cylindrique
Développement de l’IRM à l’interface air/SF6 en géométrie cylindrique suite au passage d’une onde de choc de Mach 1.15 se déplaçant de la gauche vers la droite – Comparaison des clichés ombroscopiques et tomographiques

En géométrie sphérique

Nous devons étendre cette étude en géométrie sphérique sur le tube à choc à grande section carrée T200 en utilisant la même approche de lentille gazeuse pour initialement courber l’onde de choc plane. Nous avons dans un premier temps vérifié la sphéricité du choc en réalisant une étude sur le tube choc de plus petite section T80.

Montage expérimental adapté au tube à choc T80 en géométrie sphérique
Images brutes (à gauche) et traitées (à droite) montrant la propagation d’une onde de choc convergente sphérique issue de la réfraction d’une onde de choc plane (M=1,18 dans l’air) à travers une interface ellipsoïdale air/SF6. Le choc se déplace de gauche à droite. Les pointillés représentent le rayon circulaire de l’onde de choc sphérique

Nous avons dimensionné, conçu et fait réaliser une nouvelle chambre d’essais « sphérique » adaptable à l’extrémité du tube à choc à grande section T200. Le suivi de l’évolution de l’instabilité se fera au moyen d’un système de ombroscopie laser, technique de visualisation généralement employée pour l’étude des écoulements gazeux.

Montage expérimental adapté à l’extrémité de T200 pour l’étude de l’IRM en configuration sphérique
retour en haut