Champ instantané́ de la vitesse verticale du liquide. Les cercles matérialisent les bulles.
Du fait de leur faible densité, les bulles sont mises en mouvement par la force d’Archimède et l’ascension des bulles entraine le liquide. C’est un système complexe dans lequel les bulles et le liquide sont couplés, conduisant à l’émergence de phénomènes collectifs et des propriétés originales de l’écoulement. Plusieurs paramètres influencent ces mécanismes : le nombre de bulles, leur taille, leur vitesse, la viscosité du liquide, etc. Nous étudions l’ascension d’un essaim de bulles de taille suffisante pour produire des sillages importants, de sorte que l’écoulement est piloté par les interactions entre ces sillages.
Bien que les équations décrivant précisément ce type d’écoulements soient relativement bien connues, leur simulation numérique reste hors de portée, du fait du large spectre d’échelles temporelles et spatiales en jeu. Afin de simuler ces écoulements et de comprendre les mécanismes de transferts turbulents et de mélange y ayant lieu, nous simplifions ces modèles en abandonnant la description précise de la dynamique interfaciale. Cela nous permet de simuler des écoulements ayant un grand nombre de bulles et de mettre l’accent sur les interactions entre sillages. La principale difficulté de ce type de calcul vient de l’auto-interaction, fictive, d’une bulle avec son propre sillage. Nous avons établi une méthode permettant de corriger cet effet et de calculer de façon précise la trajectoire de chaque bulle. Notre allocation sur les machines Occigen et Jean Zay nous a permis d’obtenir des simulations numériques de la turbulence induite par un essaim de bulles en accord avec l’expérience, comme illustrée ci-dessus.