Compressible turbulent mixing subjected to strong radiation
Mélanges turbulents compressibles en présence d'un fort rayonnement
par Jean-Cédric CHKAIR sous la direction de Xavier ¿BLANC¿ et de Olivier SOULARD
Thèse de doctorat en Mathématiques
ED 386 Sciences Mathematiques de Paris Centre

Soutenue le lundi 29 mars 2021 à Université Paris Cité

Sujets
  • Astrophysique
  • Compressibilité
  • Mach, Nombre de
  • Physique mathématique
  • Transfert radiatif

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Mots clés
Turbulence stellaire, Mélange thermohaline, Nombre de Péclet turbulent, Limite de diffusion, Analyse asymptotique, Simulations DNS et RANS
Resumé
Les mélanges turbulents jouent un rôle prépondérant dans l'évolution des étoiles. Ils sont notamment nécessaires pour expliquer l'abondance de certains éléments ou pour rendre compte de la dissipation du moment angulaire observée dans certaines étoiles. Ces mélanges turbulents sont générés et entretenus par différents mécanismes : de la rotation aux instabilités magnétiques et au cisaillement. Parmi ces différents processus, les instabilités convectives de Rayleigh-Taylor ont déjà fait l'objet de nombreuses études théoriques, expérimentales et numériques.Cependant, la majorité de ces études se limitent à des situations où les effets radiatifs sont absents. Au contraire, dans les étoiles, la prise en compte du rayonnement est essentielle : ce dernier est généralement plus efficace pour transporter les fluctuations de température que les mouvements turbulents eux-mêmes. La comparaison de ces deux modes de transport se fait à l'aide d'un nombre sans dimension appelé nombre de Péclet. Les mélanges turbulents des intérieurs stellaires impactés par l'instabilité de Rayleigh-Taylor sont alors caractérisés par un petit nombre de Péclet, inférieur à un.L'objectif de ce travail est d'étudier les écoulements de mélanges turbulents générés par l'instabilité de Rayleigh-Taylor en présence de rayonnement, dans les limites des faibles nombres de Péclet. En particulier, le résultat majeur concerne la dérivation et la validation d'un modèle de turbulence de type RSM (Reynolds stress model) qui prend en compte les effets de mélange et qui soit adapté aux écoulements compressibles radiatifs dans la limite des faibles nombres de Péclet.