4) La couche limite sur les corps épais :

L'observation de la sphère a montré qu'il y a deux régimes principaux d'écoulement (aux Reynolds qui nous intéressent) : les premier et second régimes qui se caractérisent par des traînées de culot de plus ou moins grosse section, résultant d'un décollement plus ou moins prématuré. Ce qui ressort de cette observation, c'est que le passage d'un régime à l'autre, se passe toujours à un même Reynolds (le Reynolds critique), pour des conditions d'ambiance évidemment identiques, ce qui laisse à supposer que le phénomène est lié à la couyche limite. Le passage d'un objet cylindrique en cuve à bulles d'hydrogène avec fils générateurs disposés radialement, confirme cette hypothèse (figure 28).

Cette figure montre plusieurs choses : on y distingue d'abord une couche limite qui va s'épaississant dans le sens du courant ; on y voit aussi des espaces entre lignes successives qui diminuent (ce qui montre que le courant fluide ralentit) ; mais surtout il apparaît un contre-courant que signale l'inversion du sens d`entraînement des bulles près de la surface cylindrique. Si l'on se rappelle que la distance fil générateur/lignes de bulles entrainées est représentative des vecteurs locaux de vitesse, on a là une première indication sur ce qui se passe de nouveau sur la surface courbe d'un volume, par rapport à la surface plane de la plaque étalon.

La figure 29 détaille plus précisément ce qui se passe successivement le long d'un profil. Elle met bien en évidence, au fur et à mesure que s'épaissit la couche limite, le fait que le gradient de vitesse diminue (l'angle par rapport à la normale). Or, le décollement se produit précisément lorsque cet angle s'annule, c'est à dire lorsque le gradient de vitesse devient nul. A noter la recirculation inverse carrément ce gradient.

Figure 29 : Décollement sur profil - Evolution du gradient de vitesse

• (alpha pour y = 0) représente la pente des courbes de variation de vitesse (ou gradient de vitesse) au point de contact avec la surface (y = 0).
• Si le décollement s'initie à l'endroit précis où le gradient de vitesse s'annule, la surface de discontinuité elle-même (ou surface de décollement) n'est pas forcément aussi nette que celle représentée sur la figure. En fait, il s'agit moins d'une véritable surface de contact entre une rétro-circulation et les filets de la couche limite de l'écoulement général, que d'une nappe de fins rotors, plus ou moins stable, plus ou moins mouvante. Par ailleurs cette nappe n'est pas non plus parallèle à l'écoulement puisqu'elle se referme plus ou moins loin derrière le profil avec celle venue du côté opposé du profil.
• Le point de décollement est un point singulier à plus d'un titre. En effet c'est le 1ieu où :
• le gradient de vitesse s'annule,
• la couche limite décolle,
• la sous-couche laminaire (évoquée dans la figure 15) disparaît,
• la contrainte tangentielle s'annule,
• le coefficient de frottement local devient nul, et tout ceci nécessairement.
• Le sommet du profil (point où la tangente à la surface du profil est parallèle à l'écoulement général) constitue le lieu où change le sens des variations de vitesses locales, et des variations de pression statique :
• en amont, c'est une zone d'accélération des filets d'air et donc de détente;
• en aval, c'est une zone de recompression et de ralentissement de ces filets.

C'est la raison pour laquelle, ce sommet est appelé "point de recompression".

• La courbe d'évolution du gradient de vitesse est symétrique à celle l'évolution du gradient de pression, du moins en écoulements sains (c'est à dire exempts de remous, les 2 paramétres étant liés l'un à l'autre par les équations de Bernouilli). Ceci n'est pas forcément vrai dans les écoulements perturbés où l'énergie cinétique de rotation des tourbillons modifie notablement la situation.
• A noter qu'à partir du point de décollement, les courbes des vitesses et des pressions présentent une discontinuité, et indiquent que ces paramétres deviennent approximativement constants.
• Le point de recompression ne coïncide pas obligatoirement avec le maître-couple du profil (il constitue par contre le sommet de sa surface frontale (du moins pour des corps faiblement épais et à évolution non brutale). En fait ce point est mobile et se déplace avec l'incidence : lorsque celle-ci augmente, le point de recompression avance.

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