Collective secondary instabilities: an application to three-dimensional boundary-layer flow

In some linearly unstable flows, secondary instability is found to have a much larger wavelength than that of the primary unstable modes, so that it cannot be recovered with a classical Floquet analysis. In this work, we apply a new formulation for capturing secondary instabilities coupling multiple length scales of the primary mode. This formulation, based on two-dimensional stability analysis coupled with a Bloch waves formalism originally described in Schmid et al. (2017), allows to consider high-dimensional systems resulting from several repetitions of a periodic unit, by solving an eigenproblem of much smaller size. Collective instabilities coupling multiple periodic units can be thus retrieved. The method is applied on the secondary stability of a swept boundary-layer flow subject to stationary cross-flow vortices, and compared with Floquet analysis. Two multi-modal instabilities are recovered: for streamwise wavenumber $\alpha_v$ close to zero, approximately twelve sub-units are involved in large-wavelength oscillations; whereas a staggered pattern, characteristic of subharmonic instabilities, is observed for $\alpha_v = 0.087$

Turbulent transition in a channel with superhydrophobic walls: the effect of roughness anisotropy

Superhydrophobic surfaces dramatically reduce skin friction of overlying liquid flows. These surfaces are complex and numerical simulations usually rely on models for reducing this complexity. One of the simplest consists in finding an equivalent boundary condition through an homogenisation procedure, which in the case of channel flow over oriented riblets, leads to the presence of a small spanwise component in the homogenized base flow velocity. This work aims at investigating the influence of such a three-dimensionality of the base flow on stability and transition in a channel with walls covered by oriented riblets. Linear stability for this base flow is investigated: a new instability region, linked to cross-flow effects, is observed. Tollmien-Schlichting waves are also retrieved but the most unstable are three-dimensional. Transient growth is also affected as oblique streaks with non-zero streamwise wavenumber become the most amplified perturbations. When transition is induced by Tollmien-Schlichting waves, after an initial exponential growth regime, streaky structures with large spanwise wavenumber rapidly arise. Modal mechanisms appear to play a leading role in the development of these structures and a secondary stability analysis is realised to retrieve successfully some of their characteristics. The second scenario, initiated with crossflow vortices, displays a strong influence of nonlinearities. The flow develops into large quasi spanwise-invariant structures before breaking down to turbulence. Secondary stability on the saturated cross-flow vortices sheds light on this stage of transition. In both cases, cross-flow effects dominate the flow dynamics, suggestings the need to consider these effects when modelling superhydrophobic surfaces

Le musée français: guerras napoleônicas, coleções artísticas e o longínquo destino de um livro

This paper is about Le Musée Français [The French Museum], a book found in the collection of the library of the Imperial Academy of Fine Arts in Rio de Janeiro. As a catalog of the Napoleon Museum, it bears witness to the reorganization of the arts in Europe as a result of the Napoleonic wars and the project of making Paris a true successor to Athens and Rome, as the center of a new republic of the arts. This process was the object of a dispute where Quatremère de Quincy and Joachim Lebreton played an important role. It was also one of the causes leading to the exile of a group of artists who then helped to lay the foundations for an academic environment in Rio de Janeiro.O artigo trata de Le musée français, livro que fez parte da coleção da biblioteca da Academia Imperial das Belas Artes, no RiodeJaneiro. Como catálogo do Museu Napoleão, é testemunho do processo de reordenamento, resultante das guerras napoleônicas, do universo das artes na Europa e do projeto de fazer de Paris a legítima herdeira de Atenas e Roma, como centro de uma nova idéia de república das artes. Processo esse que foi objeto de disputa, em que se destacaram Quatremère de Quincy eJoachim Lebreton, e foi uma das causas do exílio do grupo de artistas que esteve na origem da formação do ambiente acadêmico no Rio de Janeiro

Instabilities in spatially periodic systems : application to secondary instabilities and rough surfaces.

Le présent manuscrit de thèse propose une étude des instabilités dans des écoulements spatialement périodiques. Deux types de périodicité, correspondant à des systèmes physiques sensiblement différents, peuvent être distinguées. Le premier type de périodicité, le plus simple, est géométrique et résulte de la répétition d'un motif ou d'un obstacle qui forcerait spatialement et périodiquement l'écoulement. Un exemple serait l'écoulement au-dessus d'une surface rugueuse ou superhydrophobe. La périodicité pourrait également être générée par une modulation de l'écoulement causée par l'émergence d'une structure cohérente via une instabilité primaire comme c'est le cas pour des stries dans une couche limite. Un cadre permettant la réalisation des analyses de stabilité modale et non-modale d'un système spatialement périodique est proposé. Il est basé sur la théorie de Bloch et des matrices circulantes, couplée à un problème de stabilité bidimensionnel. Un premier cas, qui sert également de validation de la méthode, porte sur la stabilité secondaire d'une couche limite tridimensionnelle. La stabilité secondaire de stries dans une couche limite laminaire est également examinée. Dans ce cas, les analyses non-modales mettent en exergue l'apparition d'un nouveau mécanisme potentiellement responsable de la transition vers la turbulence. Une compétition entre le mécanisme d'Orr et celui de génération des stries conduit également à l'apparition d'un régime de verrouillage de phase. La seconde partie de la thèse porte sur la stabilité d'un écoulement dans un canal dont une des parois est une surface complexe, soit rugueuse ou superhydrophobe. Dans un premier temps, les rugosités sont prises en compte via une technique d'homogénéisation, qui vient approximer l'effet des rugosités par une condition aux limites équivalentes. Une simulation est réalisée et met en évidence la présence de structures similaires à celles trouvées lors de l'analyse de la couche limite tridimensionnelle. La stabilité de ces structures est alors analysée sous cette nouvelle lumière. La transition vers la turbulence étant dependante de la technique d'homogénéisation, elle est ensuite étudiée avec la rugosité dans toute sa complexité. Là encore, les analyses non-modales montrent l'appartition de phénomènes de résonance entre le mécanisme de génération des stries et le forcage lié à la rugosité. Ces deux mêmes mécanismes sont également à l'origine d'un régime en verrouillage de phase pour des rugosités avec une grande périodicité. Une dernière partie vient étendre l'analyse précédente aux surfaces superhydrophobes en considérant une dynamique de paroi.This thesis manuscript proposes a study of instabilities in spatially periodic flows. Two types of periodicity, corresponding to significantly different physical systems, can be distinguished. The first type of periodicity, the simplest, is geometric and results from the spatial repetition of a pattern or an obstacle that periodically deforms the flow. An example is the flow above a rough or superhydrophobic surface. The periodicity could also be generated by a modulation of the flow caused by the emergence of a coherent structure via a primary instability as in the case of streaks in a boundary layer. A framework allowing modal and non-modal stability analyses of spatially periodic systems is proposed. It is based on the Bloch theory and circulating matrices, and it is coupled with a two-dimensional stability problem. A first case, which also serves as validation of the method, concerns the secondary stability of a three-dimensional boundary layer characterized by steady cross-flow vortices. The secondary stability of a streaky flow in a laminar boundary layer is also examined. In this case, the non-modal analyses highlight the appearance of a new mechanism potentially responsible for the transition to turbulence. A competition between the Orr mechanism and that allowing the generation of streaks also leads to the appearance of a frustration regime. The second part of the thesis deals with the stability of a flow in a channel where one of the walls is a complex surface, either rough or superhydrophobic. First, the roughnesses are taken into account via a homogenization technique, which approximates the effect of the roughnesses by an equivalent boundary condition. A direct numerical simulation is carried out and highlights the presence of structures similar to those found during the analysis of the three-dimensional boundary layer. The stability of these structures is then analysed under this new light. Then, the case of the flow over a rough wall is considered, taking into account the geometrical complexity of the roughness. Here again, the non-modal analyses show the appearance of resonance phenomena between the mechanism of generation of the streaks and the forcing linked to the roughness. These two mechanisms are also at the origin of a phase-locked regime for roughnesses with a large periodicity. The last part of the thesis extends the previous analysis to superhydrophobic surfaces, taking into account the gas-liquid interface dynamics

Instabilités dans les systèmes spatialement périodiques : application aux instabilités secondaires et aux surfaces complexes.

This thesis manuscript proposes a study of instabilities in spatially periodic flows. Two types of periodicity, corresponding to significantly different physical systems, can be distinguished. The first type of periodicity, the simplest, is geometric and results from the spatial repetition of a pattern or an obstacle that periodically deforms the flow. An example is the flow above a rough or superhydrophobic surface. The periodicity could also be generated by a modulation of the flow caused by the emergence of a coherent structure via a primary instability as in the case of streaks in a boundary layer. A framework allowing modal and non-modal stability analyses of spatially periodic systems is proposed. It is based on the Bloch theory and circulating matrices, and it is coupled with a two-dimensional stability problem. A first case, which also serves as validation of the method, concerns the secondary stability of a three-dimensional boundary layer characterized by steady cross-flow vortices. The secondary stability of a streaky flow in a laminar boundary layer is also examined. In this case, the non-modal analyses highlight the appearance of a new mechanism potentially responsible for the transition to turbulence. A competition between the Orr mechanism and that allowing the generation of streaks also leads to the appearance of a frustration regime. The second part of the thesis deals with the stability of a flow in a channel where one of the walls is a complex surface, either rough or superhydrophobic. First, the roughnesses are taken into account via a homogenization technique, which approximates the effect of the roughnesses by an equivalent boundary condition. A direct numerical simulation is carried out and highlights the presence of structures similar to those found during the analysis of the three-dimensional boundary layer. The stability of these structures is then analysed under this new light. Then, the case of the flow over a rough wall is considered, taking into account the geometrical complexity of the roughness. Here again, the non-modal analyses show the appearance of resonance phenomena between the mechanism of generation of the streaks and the forcing linked to the roughness. These two mechanisms are also at the origin of a phase-locked regime for roughnesses with a large periodicity. The last part of the thesis extends the previous analysis to superhydrophobic surfaces, taking into account the gas-liquid interface dynamics.Le présent manuscrit de thèse propose une étude des instabilités dans des écoulements spatialement périodiques. Deux types de périodicité, correspondant à des systèmes physiques sensiblement différents, peuvent être distinguées. Le premier type de périodicité, le plus simple, est géométrique et résulte de la répétition d'un motif ou d'un obstacle qui forcerait spatialement et périodiquement l'écoulement. Un exemple serait l'écoulement au-dessus d'une surface rugueuse ou superhydrophobe. La périodicité pourrait également être générée par une modulation de l'écoulement causée par l'émergence d'une structure cohérente via une instabilité primaire comme c'est le cas pour des stries dans une couche limite. Un cadre permettant la réalisation des analyses de stabilité modale et non-modale d'un système spatialement périodique est proposé. Il est basé sur la théorie de Bloch et des matrices circulantes, couplée à un problème de stabilité bidimensionnel. Un premier cas, qui sert également de validation de la méthode, porte sur la stabilité secondaire d'une couche limite tridimensionnelle. La stabilité secondaire de stries dans une couche limite laminaire est également examinée. Dans ce cas, les analyses non-modales mettent en exergue l'apparition d'un nouveau mécanisme potentiellement responsable de la transition vers la turbulence. Une compétition entre le mécanisme d'Orr et celui de génération des stries conduit également à l'apparition d'un régime de verrouillage de phase. La seconde partie de la thèse porte sur la stabilité d'un écoulement dans un canal dont une des parois est une surface complexe, soit rugueuse ou superhydrophobe. Dans un premier temps, les rugosités sont prises en compte via une technique d'homogénéisation, qui vient approximer l'effet des rugosités par une condition aux limites équivalentes. Une simulation est réalisée et met en évidence la présence de structures similaires à celles trouvées lors de l'analyse de la couche limite tridimensionnelle. La stabilité de ces structures est alors analysée sous cette nouvelle lumière. La transition vers la turbulence étant dependante de la technique d'homogénéisation, elle est ensuite étudiée avec la rugosité dans toute sa complexité. Là encore, les analyses non-modales montrent l'appartition de phénomènes de résonance entre le mécanisme de génération des stries et le forcage lié à la rugosité. Ces deux mêmes mécanismes sont également à l'origine d'un régime en verrouillage de phase pour des rugosités avec une grande périodicité. Une dernière partie vient étendre l'analyse précédente aux surfaces superhydrophobes en considérant une dynamique de paroi

Instabilités dans les systèmes spatialement périodiques : application aux instabilités secondaires et aux surfaces complexes.

This thesis manuscript proposes a study of instabilities in spatially periodic flows. Two types of periodicity, corresponding to significantly different physical systems, can be distinguished. The first type of periodicity, the simplest, is geometric and results from the spatial repetition of a pattern or an obstacle that periodically deforms the flow. An example is the flow above a rough or superhydrophobic surface. The periodicity could also be generated by a modulation of the flow caused by the emergence of a coherent structure via a primary instability as in the case of streaks in a boundary layer. A framework allowing modal and non-modal stability analyses of spatially periodic systems is proposed. It is based on the Bloch theory and circulating matrices, and it is coupled with a two-dimensional stability problem. A first case, which also serves as validation of the method, concerns the secondary stability of a three-dimensional boundary layer characterized by steady cross-flow vortices. The secondary stability of a streaky flow in a laminar boundary layer is also examined. In this case, the non-modal analyses highlight the appearance of a new mechanism potentially responsible for the transition to turbulence. A competition between the Orr mechanism and that allowing the generation of streaks also leads to the appearance of a frustration regime. The second part of the thesis deals with the stability of a flow in a channel where one of the walls is a complex surface, either rough or superhydrophobic. First, the roughnesses are taken into account via a homogenization technique, which approximates the effect of the roughnesses by an equivalent boundary condition. A direct numerical simulation is carried out and highlights the presence of structures similar to those found during the analysis of the three-dimensional boundary layer. The stability of these structures is then analysed under this new light. Then, the case of the flow over a rough wall is considered, taking into account the geometrical complexity of the roughness. Here again, the non-modal analyses show the appearance of resonance phenomena between the mechanism of generation of the streaks and the forcing linked to the roughness. These two mechanisms are also at the origin of a phase-locked regime for roughnesses with a large periodicity. The last part of the thesis extends the previous analysis to superhydrophobic surfaces, taking into account the gas-liquid interface dynamics.Le présent manuscrit de thèse propose une étude des instabilités dans des écoulements spatialement périodiques. Deux types de périodicité, correspondant à des systèmes physiques sensiblement différents, peuvent être distinguées. Le premier type de périodicité, le plus simple, est géométrique et résulte de la répétition d'un motif ou d'un obstacle qui forcerait spatialement et périodiquement l'écoulement. Un exemple serait l'écoulement au-dessus d'une surface rugueuse ou superhydrophobe. La périodicité pourrait également être générée par une modulation de l'écoulement causée par l'émergence d'une structure cohérente via une instabilité primaire comme c'est le cas pour des stries dans une couche limite. Un cadre permettant la réalisation des analyses de stabilité modale et non-modale d'un système spatialement périodique est proposé. Il est basé sur la théorie de Bloch et des matrices circulantes, couplée à un problème de stabilité bidimensionnel. Un premier cas, qui sert également de validation de la méthode, porte sur la stabilité secondaire d'une couche limite tridimensionnelle. La stabilité secondaire de stries dans une couche limite laminaire est également examinée. Dans ce cas, les analyses non-modales mettent en exergue l'apparition d'un nouveau mécanisme potentiellement responsable de la transition vers la turbulence. Une compétition entre le mécanisme d'Orr et celui de génération des stries conduit également à l'apparition d'un régime de verrouillage de phase. La seconde partie de la thèse porte sur la stabilité d'un écoulement dans un canal dont une des parois est une surface complexe, soit rugueuse ou superhydrophobe. Dans un premier temps, les rugosités sont prises en compte via une technique d'homogénéisation, qui vient approximer l'effet des rugosités par une condition aux limites équivalentes. Une simulation est réalisée et met en évidence la présence de structures similaires à celles trouvées lors de l'analyse de la couche limite tridimensionnelle. La stabilité de ces structures est alors analysée sous cette nouvelle lumière. La transition vers la turbulence étant dependante de la technique d'homogénéisation, elle est ensuite étudiée avec la rugosité dans toute sa complexité. Là encore, les analyses non-modales montrent l'appartition de phénomènes de résonance entre le mécanisme de génération des stries et le forcage lié à la rugosité. Ces deux mêmes mécanismes sont également à l'origine d'un régime en verrouillage de phase pour des rugosités avec une grande périodicité. Une dernière partie vient étendre l'analyse précédente aux surfaces superhydrophobes en considérant une dynamique de paroi

Turbulent transition in a channel with superhydrophobic walls: anisotropic slip and shear misalignment effects

Superhydrophobic surfaces dramatically reduce skin friction of overlying liquid flows. These surfaces are complex and numerical simulations usually rely on models to reduce this complexity. One of the simplest consists of finding an equivalent boundary condition through a homogenisation procedure, which in the case of channel flow over oriented riblets, leads to the presence of a small spanwise component in the homogenised base flow velocity. This work aims at investigating the influence of such a three-dimensionality of the base flow on stability and transition in a channel with walls covered by oriented riblets. Linear stability for this base flow is investigated: a new instability region, linked to cross-flow effects, is observed. Tollmien–Schlichting waves are also retrieved but the most unstable are three-dimensional. Transient growth is also affected as oblique streaks with non-zero streamwise wavenumber become the most amplified perturbations. When transition is induced by Tollmien–Schlichting waves, after an initial exponential growth regime, streaky structures with large spanwise wavenumber rapidly arise. Modal mechanisms appear to play a leading role in the development of these structures and a secondary stability analysis is performed to retrieve successfully some of their characteristics. The second scenario, initiated with cross-flow vortices, displays a strong influence of nonlinearities. The flow develops into large quasi-spanwise-invariant structures before breaking down to turbulence. Secondary stability on the saturated cross-flow vortices sheds light on this stage of transition. In both cases, cross-flow effects dominate the flow dynamics, suggesting the need to consider the anisotropicity of the wall condition when modelling superhydrophobic surfaces

Filmer des consultations en santé mentale auprès de demandeurs d’asile : dialogue entre une équipe de recherche spécialiste des études interactionnelles et un réalisateur

International audienc