Mesures locales de vitesse dans un fluide

Les molécules qui sont, à un instant donné, au voisinage immédiat du point de mesure considéré vont, dans le cours du mouvement du fluide et au moins pendant un certain temps, rester relativement « groupées ». Elles constituent alors ce que l’on peut appeler une « particule fluide » élémentaire que l’on peut traiter comme un élément unique et dont la vitesse de déplacement est la vitesse du fluide au point et à l’instant considérés. Cette grandeur vectorielle dépend en général du temps. La mesure de ce vecteur consiste en la détermination simultanée de ses trois composantes ou de son module et de sa direction, dans un repère choisi par l’expérimentateur.

Il convient, dès à présent, de remarquer que la particule fluide n’est pas identifiable et que l’on ne saura donc pas mesurer sa vitesse directement : il faudra, soit la rendre identifiable en lui substituant des traceurs dont le comportement sera assimilé à celui de la particule fluide, soit utiliser des méthodes indirectes nécessitant l’introduction de sondes. Il s’ensuit à la fois des limitations dans la possibilité de mesure et une perturbation de l’écoulement dont il faut être conscient et qu’il convient de minimiser.

Dans le cas général d’un écoulement tridimensionnel turbulent, on conçoit que la mesure se révèle des plus délicates. Fort heureusement, de nombreux écoulements peuvent être considérés, en première approximation, comme bidimensionnels plans (le vecteur vitesse est parallèle à un plan) ou de révolution (le vecteur vitesse est contenu dans un plan radial) ou mieux encore comme monodirectionnels. De plus, dans le domaine industriel, c’est le plus souvent à une recherche de vitesse moyenne dans une direction donnée que l’on est conduit (canalisation, galeries,...). Aussi, les moyens de mesure vont-ils du plus rudimentaire au plus sophistiqué et dépendent-ils essentiellement soit des hypothèses simplificatrices que l’on peut faire sur les écoulements, soit des besoins qui ont motivé la mesure de vitesse.

Les méthodes de mesure peuvent être divisées en deux grandes classes, A et B, suivant qu’il s’agit d’une méthode non intrusive (c’est-à-dire que le fait de faire la mesure n’apporte pas une perturbation à l’écoulement) ou, au contraire, intrusive, le principe de mesure retenu nécessitant l’introduction dans le milieu fluide de sondes qui constituent autant d’éléments perturbateurs pour le phénomène mesuré.

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