Coulée de Miel [méca des fluides]

[Luzmog]

Bonjour,

Je suis en PC et j'ai trouvé un sujet de tipe de méca des fluides qui pourrait être assez intéressant.

En gros cela consisterait à expliquer en quoi le miel (ou application a des filamments) fait des formes différentes lorsqu'il rentre en contact avec une surface.

J'ai trouvé ces liens :
http://www.lemonde.fr/sciences/article/ ... 50684.html
http://mavoiescientifique.onisep.fr/qua ... s-figures/

1)Pensez vous que ce sujet soit viable surtout théoriquement
2)En experience je voudrais réaliser qqchose d'assez semblables à ce qui est proposé en faisant varier les paramètres physique des fluides, faire des pointages (périodicité des motifs) et mettre tout cela en rapport.

Voilà qu'elle est votre avis.



Merci d'avance

EDIT :il y adesliens vers des revues anglophones en bas de l'article de l'onisep!!!

[uzrok]

Je me pose exactement la même question concernant d'autres phénomènes au sujet de la physique des jets visqueux (question de la coalescence des jets visqueux dans mon cas).
Donc je me permet d'élargir la question à tout sujet de mécanique des fluides :

Expérience et simulation numérique (python en l’occurrence) sont ils envisageable pour un TIPE de mécanique des fluides quelque peu intéressant (physique des jets,des gouttes, instabilités hydrodynamique...) ?

[Yoz]

Avec un sujet comme ça, il faudra je pense quelques expériences : c'est pas comme si faire couler du miel sur un tapis roulant était horriblement compliqué. Une simulation numérique seule sur un tel sujet, ça fait bizarre.
Faire varier les propriétés des fluides, pourquoi pas, mais ça risque d'être assez délicat niveau expérience : je pense qu'il n'existe pas de méthode simple pour faire varier les paramètres du miel un par un (par exemple tu peux pas le diluer avec de l'eau)... Enfin c'est peut-être possible, mais il faudra être attentif à ce qu'on fait varier dans les expériences.

Pour ce qui est de la théorie, ça me paraît un peu complexe (tu risques de passer beaucoup de temps à déchiffrer les articles). Toutefois, si tu fais de belles expériences avec une simulation numérique, plus une approche théorique un peu simplifiée (genre en ordres de grandeur), ça sera déjà très bien.

Pour répondre à la question d'uzrok, oui, il y a de très beaux sujets à traiter numériquement/expérimentalement en hydrodynamique. Mais attention, la méca flux a tendance à devenir assez rapidement très velue : c'est pas si facile que ça de résoudre Navier-Stokes numériquement, et si on veut aller plus loin dans l'interprétation des manips que "ouah c'est joli", on se heurte souvent à des trucs moches (couches limites, instabilités, turbulence...). Ca reste en général compréhensible avec le programme de PC mais il faudra sans doute y passer un peu de temps. Bref : discutez bien avec vos profs avant de vous lancer.

[Luzmog]

Bonjour,

MErci pour ta réponse.

Cependant je ne vois pas ce que je pourrais faire comme autre type d'expèrience à pars changer de fluide et donc faire un tipe sur la rencontre entre des fluides (assez visqueux quand même) et une surface.

[uzrok]

Merci pour ta réponse qui confirme mes doutes.
Je tient à préciser que j'ai du faire une simualtion numérique discrète de l'écoulement de sable au travers d'un orifice en 3/2 et les choses c'était bien passés.
Concernant la résolution de l'équation de Navier-Stokes en python, il y'as le cours de barba http://lorenabarba.com/blog/cfd-python- ... er-stokes/ .
Autant d'étapes sont-elles nécessaires ? Si oui je devrais faire encore une fois de la physique granulaire
C'est tout de même dommage qu'un si beau domaine de la physique soit aussi peu approprié au contraintes d'un TIPE.

Cependant je ne vois pas ce que je pourrais faire comme autre type d'expérience à pars changer de fluide et donc faire un tipe sur la rencontre entre des fluides (assez visqueux quand même) et une surface.

Utiliser plusieurs fluides de viscosité différentes plutôt que du miel brut dont on modifie la viscosité ne me gêne pas plus que cela.
Cela représente au contraire une initiative de simplification (ou d'appropriation) du problème.
Ce n'est pas parce que les fluides utilisée ne sont pas du miel que tu dois rendre le titre de TIPE aussi abstrait que " rencontre entre des fluides (assez visqueux quand même) et une surface" .

Je me permet de te demander comment tu comptait modéliser numériquement le comportement du jet de fluide visqueux

[Luzmog]

pour la modélisation je ne sais pas du tout encore, il va falloir que je me renseigne avec ma prof...

C'est pour cela que je voulais savoir si ce sujet était viable quoi

[U46406]

Par contre, la fameuse expérience de la goutte de poix ne doit pas faire un sujet très viable pour faire son TIPE...

les expérimentateurs ont pu estimer la viscosité de la poix à environ 230 milliards de fois celle de l'eau.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Exp%C3%A9 ... Queensland

[Scribe]

Luzmog : pour l'instant, tu as un thème. Il faudra te fixer une situation spécifique à partir de laquelle forger ta problématique pour obtenir ton sujet, et voir s'il est viable ou non. Comme l'a souligné Yoz, ton thème a ça d'avantageux qu'il est relativement facile à mettre en pratique. Une expérience conçue et menée dans les règles de l'art sera déjà une belle plus-value ; on ne te demande pas un papier de recherche publiable.

Concernant la théorie, il y a beaucoup de phénomènes qui rentrent en ligne de compte. Identifier ceux qui jouent un rôle et si possible lequel, et ceux qui sont négligeables est déjà un bon début. De la à en tirer une simulation numérique, il y a un pas que je ne franchirais pas nécessairement : le phénomène observé est tridimensionnel, fait intervenir des interactions fluide-surface souvent délicates à modéliser numériquement, voire des comportements rhéologiques complexes (tous les miels ne sont pas des fluides newtoniens, par exemple). En plus, tu as un domaine fluide de forme variable. À mon avis l'investissement en temps dans cette direction (la CFD) est déraisonnable dans le cadre d'un TIPE (sachant que la prépa continue en parallèle). Je privilégierais plutôt l'aspect expérimental et la compréhension physique de ce qui se passe.

Côté bibliographie, je te recommande Hydrodynamique physique de Guyon, Hulin et Petit (CNRS Éditions - EDP Sciences) qui te donnera les outils théoriques pour comprendre ces phénomènes, ainsi que Gouttes, bulles, perles et ondes De Gennes et al. pour une approche plus centrée sur les phénomènes qui t'intéressent. Tu les trouveras sans doute dans ton CDI ou à la BU la plus proche.

Uzrok :

Je me pose exactement la même question concernant d'autres phénomènes au sujet de la physique des jets visqueux (question de la coalescence des jets visqueux dans mon cas).
Donc je me permet d'élargir la question à tout sujet de mécanique des fluides :

Expérience et simulation numérique (python en l’occurrence) sont ils envisageable pour un TIPE de mécanique des fluides quelque peu intéressant (physique des jets,des gouttes, instabilités hydrodynamique...) ?

Expérience : ça dépend du régime d'écoulement et de ce que tu veux tirer de l'expérience, d'autant que l'équipement disponible dans beaucoup de lycées pour faire des expériences de mécaflu est assez limité. Reproduire les phénomènes est généralement assez facile ; en tirer des mesures beaucoup moins. Mais c'est possible ! J'avais par exemple fait mon TIPE en mécanique des fluides expérimentale (étude des oscillations de débit en sortie d'une bouteille d'eau renversée), mais n'avais pas obtenu beaucoup de données quantitatives faute d'un dispositif assez précis. Malgré tout, le fait de présenter une démarche expérimentale complète et quelques résultats m'avait assuré une très bonne note au tétraconcours et à l'ENS. Ce qui ne veut pas dire qu'il faut partir battu d'avance ou manquer complètement d'ambition, c'est la pire des choses à faire.

Simulation numérique : attention, Python n'est qu'un moyen de faire de la CFD (Computational Fluid Dynamics). Avoir des résultats cohérents avec la réalité physique et pas trop éloignés quantitativement est une autre paire de manches. Sauf dans des situations simples (écoulements 1D ou 2D pas trop exotiques sur des domaines fixes et des conditions aux limites simples), je pense comme dit plus haut que l'investissement en temps n'en vaut pas la peine à ce niveau. Ou bien tu prendrais beaucoup de temps à comprendre un code de simulation existant et à voir quelles sont ses limites (c'est fondamental en simulation), ou bien tu en perdrais encore plus à essayer d'en recoder un. Dans tous les cas, il te faudra des données expérimentales (pas nécessairement les tiennes, c'est vrai) pour valider tes simulations.

Le cours que tu cites est assez basique de ce que j'ai vu (je l'ai parcouru rapidement). Déjà, les équations de Navier-Stokes utilisées sont simplifiées. Ensuite, les conditions aux limites sont extrêmement simples. Ton idée de coalescence de jets implique l'intervention de la tension superficielle, ce qui nécessite un effort de modélisation supplémentaire ; surtout, tu auras des interfaces mobiles, donc des conditions aux limites à rafraîchir à chaque itération, et un maillage à refaire à chaque fois. Je sais que c'est frustrant, mais je pense qu'il vaut mieux éviter de se lancer là-dedans. Mais rassure-toi, tu en verras plus en école si tu poursuis dans cette voie, et si ça ne te suffit pas, un master en mécanique des fluides et une thèse te permettront d'aller plus loin !

[uzrok]

Effectivement je suis de plus en plus tenté par ce genre de master
En tout cas merci pour ta réponse éclairante.

[Ewind]

Pour l'avoir fait ( une instabilité hydrodynamique un peu subtile avec des conditions aux limites impliquant de la tension superficielle) une simulation est envisageable mais dure. Et les résultats restent acceptables qualitativement mais quantitativement c'est au mieux des ordres de grandeurs.
Je l'avais recodé de 0 mais j'y avais passer du temps.