Добірка наукової літератури з теми "Surfondues"

L'analyse de 561 jours d'orage sur 6 années de données de l'imageur d'éclair 3D Saetta a permis d'identifier des nuages convectifs en région Corse présentant une structure électrique anormale et apparaissant par flux de sud de poussières désertiques africaines. L'explication physique des processus électriques apporte les bases pour comprendre ce que l'imageur permet de déduire sur la structure électrique des cellules orageuses. Des hypothèses microphysiques et radiatives conduisant à un faible contenu en gouttelettes d'eau surfondue à l'origine de cette électrisation anormale sont explorées en s'appuyant sur l'analyse du contexte en aérosols et des conditions météorologiques environnantes. The analysis of 561 days of thunderstorms over 6 years of data from the 3D lightning imager Saetta has allowed to identify convective clouds in Corsica region with an abnormal electrical structure and appearing by southern flow of African desert dust. The physical explanation of the electrical processes brings the basis to understand what the imager allows to deduce about the electrical structure of thunderstorm cells. Microphysical and radiative hypotheses leading to a low content of supercooled droplets at the origin of this abnormal electrification are explored by relying on the analysis of the aerosol context and the surrounding meteorological conditions.

La sécurité des vols est un prérequis en aéronautique et le givrage est une des principales sources d’incidents. L’accrétion de givre, créée lors de la collision de gouttes d’eau surfondues présentes dans les nuages, peut détériorer les performances aérodynamiques de l’aéronef, obstruer des capteurs ou endommager les moteurs. Il est donc essentiel de comprendre le phénomène d’impact de gouttes d’eau en conditions givrantes pour pouvoir prédire la quantité de glace qui peut se former et assurer un dimensionnement suffisant des systèmes de protection contre le givre. Ce phénomène a largement été étudié dans la littérature mais seulement pour de faibles vitesses d’impact de goutte. La nouvelle soufflerie givrante de l’ONERA a permis d’accéder à des régimes d’impact de gouttes plus en accord avec la réalité rencontrée par les aéronefs. Cette thèse se concentre sur l’impact de goutte d’eau sur une paroi pour des nombres de Weber et de Reynolds qui varient respectivement de 15 000 à 170 000 et de 11 000 à 45 000. L’étude de l’impact des gouttes d’eau a été réalisée grâce à un système de détection et de visualisation puis avec un Phase Doppler Analyser pour caractériser les gouttes secondaires créées lors de l’impact. L’impact sur une surface sèche et horizontale a été étudié mais d’autres paramètres tels que l’angle d’impact, l’état de surface, la pression du gaz, la température ont été étudiés pour quantifier leurs influences sur le splashing. Il a été montré que pour les gammes de nombres de Reynolds et de Weber investiguées, le résultat du splashing dépend des propriétés de la surface mais également des propriétés de l’air. Une faible pression d’air ou la présence de givre sur la paroi favorise la formation d’une couronne de fluide qui se décolle après l’impact. La campagne de mesure avec le PDA a permis de montrer que les gouttes secondaires générées lors d’un corona splash sont plus grosses que lors d’un prompt splash. Le modèle d’impact de Riboux et Gordillo, qui attribue le splashing à une force aérodynamique s’exerçant sur le fluide qui s’étale lors de l’impact, permet de bien décrire le splashing. Une seconde campagne de mesures se concentrant sur les formes de glace obtenues lors de l’impact de SLD a permis de valider les nouvelles constantes du modèle de taux de dépôt de Trontin et Villedieu déterminer grâce à de nouvelles données de la littérature
Flight safety is a prerequisite in aeronautics and icing is one of the main sources of incidents. The accretion of ice created by the collision of supercooled water drops in clouds can deteriorate the aerodynamic performance of the aircraft, obstruct sensors or damage engines. It is therefore essential to understand the phenomenon of water droplet impact in icing conditions to be able to predict the amount of ice that can form and to ensure sufficient sizing of ice protection systems. This phenomenon has been extensively studied in the literature but only for low drop impact speeds. ONERA's new icing wind tunnel has allowed access to drop impact regimes more in line with the reality encountered by aircraft. This thesis focuses on the impact of a water drop on a wall for Weber and Reynolds numbers that vary respectively from 15,000 to 170,000 and from 11,000 to 45,000. The study of the impact of the water drops was carried out thanks to a detection and visualization system of those then with a Phase Doppler Analyser to characterize the secondary drops created during the impact. The impact on a dry and horizontal surface was studied but other parameters such as the impact angle, the surface condition, the gas pressure, the temperature were studied to quantify their influence on the splashing. It was shown that for the investigated Reynolds and Weber number ranges, the splashing result depends on the surface properties but also on the air properties. Low air pressure or the presence of ice on the wall promotes the formation of a fluid corona that splashes off after impact. The measurement campaign with the PDA has shown that the secondary drops generated during a corona splash are larger than for a prompt splash. The impact model of Riboux and Gordillo, which attributes the splashing to an aerodynamic force exerted on the fluid that spreads during the impact, allows to describe the splashing well. A second series focusing on the ice forms obtained during the impact of SLD allowed to validate the new constants of the deposition rate model of Trontin and Villedieu determined thanks to new data from the literature

Les phénomènes de givrage qui se produisent sur les aéronefs en vol peuvent constituer un danger majeur dans l’aéronautique. Les principaux problèmes de sécurité qui en résultent sont une visibilité réduite, un blocage des tubes de Pitot et une réduction des performances aérodynamiques. Dans ce contexte, les aéronefs doivent être certifiés pour différentes conditions de givrage susceptibles d’être rencontrées, notamment en lien avec la présence de gouttes surfondues de diamètres supérieurs à 50 µm dans l’atmosphère. Les étapes de certification sont réalisées à l’aide d’essais normatifs en soufflerie givrantes permettant de recréer des conditions aéronautiques givrantes proche de celles rencontrées en vol. Les objectifs des travaux présentés dans ce manuscrit portent sur la mise en œuvre d’une nouvelle technique optique basée sur la Fluorescence Induite par Laser (LIF) pour la caractérisation de gouttes surfondues : température, détection de leurs états (i.e. liquide, solide ou mixte), caractérisation des gouttes en phase mixte et dynamique du front de solidification dans une goutte impactant un substrat sous-refroidi. Une première technique de LIF, mettant en jeux deux traceurs fluorescents et trois bandes spectrales de détection, permet de mesurer ponctuellement la température de gouttes surfondues en écoulement ainsi qu’estimer la fraction de glace contenue dans une population de gouttes en écoulement. Des mesures réalisées dans des conditions voisines de celles rencontrées en aéronautiques ont été réalisées dans une soufflerie givrante de la DGA Essais-Propulseurs et ont montré la difficulté de reproduire des conditions aéronautiques givrantes réelles (gouttes à l’équilibre thermique avec la phase porteuse). Une seconde technique basée sur l’Imagerie rapide de fluorescence induite par laser (PLIF) a été développée pour l’étude de la solidification d’une goutte impactant un substrat sous-refroidi. Cette nouvelle méthode de PLIF permet d’accéder, pour la première fois, à la dynamique et la morphologie du front de solidification à l’intérieur de la goutte. L’étude a porté sur des impacts de gouttes sur un substrat sec et sur un substrat recouvert d’une couche de glace. Le deuxième cas permet de s’affranchir du phénomène de surfusion de l’eau et donc du caractère aléatoire du déclenchement de la solidification. Les mesures ont montré que l’évolution du front de solidification et les caractéristiques de la pointe formée par la goutte en fin de solidification étaient dépendantes de la nature du substrat (conductivité thermique) et de l’angle de contact goutte/substrat
Icing phenomena that occur on aircraft in flight can be a major hazard in aeronautics. The main resulting safety problems are reduced visibility, pitot tube blockage and reduced aerodynamic performance. In this context, aircraft must be certified for various icing conditions likely to be encountered, particularly in relation to the presence of supercooled droplets with diameters greater than 50 µm in the atmosphere. The certification stages are carried out using standardised icing wind tunnel tests that make it possible to recreate aeronautical icing conditions close to those encountered in flight. The objectives of the work presented in this manuscript concern the implementation of a new optical technique based on Laser-Induced Fluorescence (LIF) for the characterization of supercooled droplets: temperature, detection of their states (i.e. liquid, solid or mixed), characterization of drops in mixed phase and dynamic of the solidification front in a droplet impacting a subcooled substrate. A first LIF technique, using two fluorescent tracers and three spectral bands of detection, allows to measure the temperature of supercooled droplets in flow as well as to estimate the fraction of ice contained in a population of droplets in flow. Measurements carried out in conditions similar to those encountered in aeronautics were performed in an icing wind tunnel of the DGA Essais-Propulseurs and showed the difficulty of reproducing real aeronautical icing conditions (droplets in thermal equilibrium with the carrier phase). A second technique based on Laser Induced Fluorescence Fast Imaging (PLIF) was developed to study the solidification of a droplet impacting a subcooled substrate. This new PLIF method provides, for the first time, access to the dynamics and morphology of the solidification front inside the droplet.The study focused on droplet impacts on a dry substrate and on a substrate covered with an ice layer. The second case allows to get rid of the phenomenon of water supercooling and thus of the random character of the solidification triggering. The measurements showed that the evolution of the solidification front and the characteristics of the tip formed by the droplet at the end of solidification were dependent on the nature of the substrate (thermal conductivity) and the angle of contact between the droplet and the substrate

L'eau est un liquide omniprésent, son omniprésence n'a d'équivalence que la multitude de ses secrets. En effet, dans le cas de l'eau, le comportement de nombreuses grandeurs thermodynamiques et dynamiques se différencie de celui des liquides « standard ». Cette différence est d'autant plus importante dans l'état dit surfondue. Dans cette thèse, on s'intéresse à la viscosité de l'eau légère et lourde dans l'état surfondue à pression atmosphérique. Pour ce faire, nous avons utilisé la méthode de microscopie dynamique différentielle. Nous avons ainsi pu mesurer la viscosité jusqu'à -34°C pour l'eau légère et -25°C pour l'eau lourde. Ces mesures de viscosité corrélées à des mesures de coefficient d'auto-diffusion nous ont permis de confirmer l'existence d'une anomalie dite violation de Stokes-Einstein
Water is an omnipresent liquid, indeed secrets of water are uncountable. In the water case, the behaviour of many thermodynamical and dynamicalquantities is very different from other standard liquids. This difference is more important in the supercooled state. In this thesis we focus on the viscosity of the heavy and light water into the supercooled state at atmospheric pressure. To do this we use the differential dynamic microscopy method. We were able to measure the viscosity to -34 C for light water and -25°C for heavy water. These viscosity measurements correlated to measurements of self-diffusion coefficient allowed us to confirm the existence of a so-called anomaly violation Stokes-Einstein

Nous étudions par dynamique moléculaire la présence des hétérogénéités dynamiques dans l'eau surfondue. Nous utilisons le récent modèle TIP5P de Mahoney et Jorgensen qui est aujourd'hui le potentiel qui reproduit le mieux les propriétés de l'eau que nous étudions. Les résultats de nos simulations sont en bon accord avec ceux obtenus expérimentalement ce qui nous a permis de valider notre programme. Par la suite, nous montrons l'existence d'hétérogénéités dynamiques dans l'eau surfondue. Nous avons étudié les agrégations dynamiques des molécules de mobilités différentes. Nous observons l'agrégation dynamique des molécules les plus mobiles ainsi que leurs mouvements sous forme de chaînes d'hétérogénéités. Les molécules les moins mobiles quant à elles forment des groupements dont la taille augmente lorsque la température baisse. Nous observons la présence de deux temps caractéristiques associés au deux types d'hétérogénéités et évoluant différemment. Nous montrons la présence d'effets de taille finie dans l'eau surfondue qui s'accroissent lorsque la température baisse. Dans l'autre partie de ce travail, nous avons étudié les propriétés des porteurs de charges dans les nano structures de type OD, 1D, 3D. Nous effectuons des calculs théoriques des caractéristiques (énergie et masse) du (bi)polaron dans les nanostructures à l'aide de la méthode variationnelle de Feynman. Nous obtenons la relation entre ces caractéristiques, le rayon, l'anisotropie et la constante de couplage électron-phonon de Fröhlich. Par optimisation numérique, nous montrons l'évolution de ces caractéristiques au fondamental de niveaux d'énergies. Nous développons une théorie de photoluminescence assisté par des phonons dans un nano cristal sphérique pour différents mécanismes d'interaction entre les électrons et les phonons
We investigate the presence of dynamical heterogeneities in supercooled water with molecular dynamics simulation. The new water model TIP5P proposed by Mahoney and Jorgensen which reproduces well water properties is used. We validate our simulation by a compartive study of our results and those obtained in experiments. Thereafter, We show the existence of dynamic heterogeneities in supercooled water. We then studied dynamic aggregations of the molecules of different mobilities and find a string-like dynamics for the most mobile molecules and also dynamical aggregation of the least mobile molecules. The two kinds of dynamical aggregation appear however to be very different. We observes two different times characteristic associated to the two types of heterogeneities. Many sizes of boxes are used for simulations and we show the finite size effect on static and dynamic properties of supercooled water. In the second part of this work, we studied the properties of the charge carriers in mesoscopic structures type OD, 1D, 3D. Using Feynman variational method we carry out theoretical calculations of the characteristics (energy and mass) of the (bi)polaron in nanostructures. We obtain the relation between these characteristics, radius, anisotropy and the Fröhlich electron-phonon coupling constant. By numerical optimization, we obtained that the ground state energy and mass of (bi)polaron increase with the coupling constant and confinement frequency. We developed a theory of photoluminescence assisted by phonons in a spherical nano crystal for various mechanisms of interaction between the electrons and the phonons

Lorsqu'un liquide est refroidit suffisamment vite, la cristallisation peut être évitée. On a alors un liquide surfondu dont le temps de relaxation augmente fortement quand la température diminue vers la température de transition vitreuse Tg. En-dessous de Tg, le systèmeest dans l'état vitreux. Il vieillit : son temps de relaxation augmente au cours du temps. L'existence d'une longueur de corrélation croissante associée au ralentissement de la dynamique des liquides surfondus (ou des verres) est une des grandes questions toujours ouvertes dans la physique de la transition vitreuse. Des arguments théoriques très généraux ont montré que la mesure de la susceptibilité alternative non linéaire d'ordre trois des liquides surfondus (ou des verres) donnait directement accès à la longueur de corrélation dynamique. Nous avons mis au point une expérience à haute sensibilité permettant d'accéder à deux susceptibilités diélectriques non linéaires d'ordre trois près de Tg. Nos résultats obtenus sur du glycrol surfondu sont quantitativement en très bon accord avec les prédictions théoriques. Ils montrent que la longueur de corrélation dynamique augmente lorsque T diminue vers Tg. En dessous de Tg, l'étude du vieillissement d'une des susceptibilités non linéaires nous a permis de mettre en évidence que la longueur de corrélation dynamique augmente au cours du temps. Ces résultats renforcent le scénario selon lequel la transition vitreuse serait liée à un point critique sous-jacent, ce qui expliquerait l'ubiquité du comportement vitreux dans la nature.

Depuis la confirmation de la contribution des fluides frigorigènes aux problèmes environnementaux, des techniques se développent pour réduire leur impact, notamment par l’emploi d’un fluide secondaire dans les installations frigorifiques tel que le coulis de glace. Parmi les méthodes de production d’un tel fluide, il y a celle fondée sur la cristallisation de l’eau à la rupture de surfusion. Afin d’en contrôler les performances, des connaissances sur les aspects phénoménologiques de la rupture de surfusion sont nécessaires, et plus particulièrement sur les effets dynamiques et thermiques de la cristallisation au moment de la rupture de surfusion. Dans ce contexte, l’ouvrage présente des études expérimentales sur la rupture de surfusion de l’eau. Dans un premier temps, des visualisations ont permis de visualiser la manière dont le coulis de glace est obtenu. Dans un second temps, une étude de la cristallisation d’une masse d’eau soumise à différents degrés de surfusion dans un canal capillaire a permis d’analyser l’aspect thermique du phénomène et l’évolution dynamique de l’interface liquide-solide. Dans une dernière partie, le développement d’une simulation numérique décrivant les phénomènes thermiques et dynamiques qui se manifestent à la rupture de surfusion est présenté
Since the confirmation of the refrigerants contribution to the environmental problems, techniques develop to reduce their impact, in particular by the use of a secondary fluid in refrigeration plants. Among the methods of production of such a fluid, there is that based on the crystallization of water at the supercooling breakdown. In order to control the performances of them, knowledge on the phenomenological aspects of supercooling breakdown are necessary, and more particularly on the dynamic and thermal effects. In this context, the work presents experimental studies on the supercooling breakdown. Initially, visualizations allowed to observe the way in which ice slurry is obtained. In the second time, a study of the crystallization of a mass of water subjected to various degrees of supercooling in a capillary channel permit to analyze the thermal aspect of the phenomenon and the dynamic evolution of the interface liquid-solid. In a last part, the development of a model describing the thermal and dynamic phenomena which appear at the supercooling breakdown is presented

Les nuages jouent un rôle important dans le cycle de l'eau et le bilan radiatif de la Terre, et tendent à légèrement refroidir le climat. Cependant, de nombreuses incertitudes demeurent concernant leurs rétroactions et leur évolution dans le contexte du réchauffement climatique. Les nuages de phase mixte représentent notamment une part significative de l'effet radiatif des nuages. Ils sont constitués d'un mélange de cristaux de glace, de gouttelettes d'eau surfondues et de vapeur d'eau. Cette coexistence implique des processus complexes et la fraction de liquide et de glace affecte de manière significative leurs propriétés radiatives. Cette complexité les rend difficiles à représenter dans les modèles numériques, introduisant des biais significatifs. Il est donc crucial de mieux comprendre les processus microphysiques de ces nuages pour réduire les incertitudes des prévisions climatiques et météorologiques.Pour observer les nuages, il existe plusieurs types d'instruments, tels que les sondes in situ (directement au contact des hydrométéores) et les instruments de télédétection (observations distantes). Les radars et les lidars nous permettent d'obtenir des informations résolues en distance et peuvent être embarqués à bord d'avions ou de satellites, offrant ainsi couvertures régionale et globale. Les radars nuages travaillent à des fréquences (35 et 95GHz) auxquelles la réflectivité est sensible à la taille des particules, impliquant une réflectivité plus élevée pour les grosses particules nuageuses (les cristaux de glace) que pour les petites particules (les gouttelettes d'eau). Les lidars, quant à eux, fonctionnent habituellement entre 355 et 1064 nm et sont globalement plus sensibles à la concentration des particules. Ainsi, la rétrodiffusion lidar est plus élevée pour les particules très concentrées, telles que les gouttelettes d'eau. Leur synergie permet de tirer avantage des forces et des faiblesses de chacun pour restituer les propriétés des nuages. Cependant, ces propriétés ne sont pas directement accessibles à partir des mesures et des algorithmes de restitution sont donc utilisés pour relier les mesures aux propriétés microphysiques.Cette thèse propose une nouvelle méthode synergique radar-lidar dédiée à la restitution des propriétés des nuages d'eau surfondus, de glace et de phase mixte. Sur la base d'une méthode existante mais dédiée uniquement aux nuages de glace, une nouvelle approche permettant d'inclure à la fois l'eau surfondue et les situations de phase mixte a été développée. La première étape a été d'adapter et d'améliorer la classification servant à identifier la nature des particules observées. Ensuite, de nombreuses adaptations ont été apportées à l'algorithme afin de restituer séparément les propriétés des cristaux de glace et de l'eau surfondue. Cette approche est basée sur les sensibilités différentes du radar et du lidar vis-à-vis des deux types d'hydrométéores : les cristaux de glace dominent le signal radar tandis que l'eau surfondue domine le signal lidar.Afin d'évaluer cette nouvelle méthode, les restitutions sont comparées à des mesures in situ, provenant d'observations colocalisées et de la littérature. La première étude compare les restitutions obtenues à partir des données satellites CloudSat-CALIPSO avec des mesures in situ aéroportées colocalisées. Cette étude montre que les restitutions radar-lidar suivent les mêmes tendances que les mesures in situ et fournissent des résultats prometteurs avec un pourcentage d'erreur moyen de 49 % pour le contenu en eau liquide et 75 % pour le contenu en glace et ce malgré des échelles de mesures différentes et une colocalisation imparfaite. La méthode développée est également appliquée aux plateformes aéroportées Française et Allemande RALI et HALO. Les premiers résultats sont prometteurs et les données in situ colocalisées obtenues lors de campagnes récentes pourront être utilisées pour évaluer davantage l'algorithme et améliorer son paramétrage
Clouds play an important role in the Earth's water cycle and radiation balance, and tend to cool the climate slightly. However, there are still many uncertainties about their feedbacks and their evolution in the context of global warming. In particular, mixed-phase clouds account for a significant proportion of the cloud radiative effect. They are composed of a mixture of ice crystals, supercooled water droplets and water vapor. This coexistence involves complex processes and the fraction of liquid and ice significantly affects their radiative properties. This complexity makes them difficult to represent in numerical models, which introduces significant biases. For this reason, it is crucial to better understand the microphysical processes of these clouds to reduce the uncertainties in climate and weather forecasts.To observe clouds, several instrument types exist, such as in situ probes (in direct contact with the hydrometeors) and remote sensing instruments (remote observations). Radar and lidar allow us to obtain distance-resolved information. They can be deployed onboard aircraft or satellites, providing regional and global coverage. Cloud radars work at frequencies (35 and 95 GHz) at which the reflectivity is sensitive to particle size, implying higher reflectivity for large cloud particles (ice crystals) than for small particles (water droplets). Lidars, on the other hand, usually operate between 355 and 1064 nm and are generally more sensitive to particle concentration. As a result, lidar backscatter is higher for highly concentrated particles, such as water droplets. Their synergy allows us to take advantage of the strengths and weaknesses of each instrument to retrieve cloud properties. However, these properties are not directly accessible from measurements and retrieval algorithms are therefore used to relate measurements to microphysical properties.This thesis proposes a new radar-lidar synergistic method dedicated to retrieve supercooled water, ice and mixed-phase cloud properties. Based on an existing method dedicated solely to ice clouds, a new approach has been developed to include both supercooled water and mixed-phase situations. The first step was to adapt and improve the classification used to identify the nature of the observed particles. Next, numerous adaptations have been applied to the algorithm to retrieve separately ice crystals and supercooled water properties. This approach is based on the different sensitivities of radar and lidar to the two types of hydrometeors: ice crystals dominate the radar signal while supercooled water dominates the lidar signal.To assess this new method, the retrievals are compared to in situ measurements from co-located observations and the literature. The first study compares retrievals from CloudSat-CALIPSO satellite data with collocated in situ airborne measurements. This comparison shows that the radar-lidar retrievals follow the same trend as the in situ measurements and provide promising results with mean percent error of 49 % for liquid water content and 75 % for ice water content, despite the quite different measurement scales and imperfect collocation. Additionally, this has been applied to the French and German airborne platforms RALI and HALO. These first results are promising and the collocated in situ data collected during recent campaigns can be used to further assess the algorithm and improve its parameterization

La variation thermique de la viscosite des liquides sous refroidis est un argument essentiel dans le developpement des modeles theoriques concernant la dynamique de ces liquides et la transition vitreuse. Plus generalement le domaine concerne est celui des milieux denses desordonnes qui peuvent etre de diverses natures. Cet argument est utilise par des theories tres recentes aussi bien que par les modeles classiques plus anciens. Nous developpons une methode de mesure qui permet d'etudier la viscosite par une technique unique derivee de la penetrometrie, et cela depuis le voisinage de la transition vitreuse jusqu'aux valeurs correspondant a l'etat liquide ordinaire. Ainsi se trouve corrige un defaut courant dans les valeurs experimentales disponibles, qui resultent souvent de l'emploi de techniques tres differentes. Les mesures que nous avons effectuees confirment la validite de la methode sur une etendue de mesure considerable et permettent de participer a la discussion des modeles les plus recents. Elles nous conduisent cependant a une position reservee quant a la capacite de trancher definitivement entre les diverses theories a partir de ce seul critere