Contribution to the experimental study of MHD turbulence homogeneous - First characterization of anisotropy
Contribution à l'étude expérimentale de la turbulence homogène M.H.D. - Première caractérisation de son anisotropie
Résumé
Although it is theoretically shown that homogeneous MHD turbulence (MHD) with small magnetic Reynolds number has a tendency to anisotropy, experimental studies have so far focused on the measurement of unidirectional properties of this flow. Only the diffusion of a passive scalar was observed in two dimensions indirectly and globally revealing in imperfect conditions of homogeneity, some anisotropy of the velocity field. Therefore, the aim of our work is focused on the direct characterization of the anisotropy. To this end, a numerical signal processing method has been developed for determining the correlations of the velocity at two points and, by Fourier transform, two-dimensional spectrum of studied turbulence. Experimental results demonstrate the progressive encroachment of a spectrum in k-5/3 by a zone in k-3 starting from the high frequencies. A characterization of the anisotropy is then proposed from the chart of the isocorrelations in physical space and isoenergy in Fourier space. These charts, compared to those obtained in the absence of magnetic field, clearly show the quasi-two-dimensionality of the flow for strong numbers of Stuart.
Bien qu'il soit théoriquement démontré que la turbulence homogène magnétohydrodynamique (MHD) à petit nombre de Reynolds magnétique présente une tendance à l'anisotropie, les études expérimentales ont porté jusqu'à présent sur la mesure des propriétés monodirectionnelles de cet écoulement. Seule la diffusion d'un scalaire passif a été observée dans deux dimensions révélant de manière indirecte et globale, dans des conditions imparfaites d'homogénéité, une certaine anisotropie du champ de vitesse. Le but de notre travail a donc été centré sur la caractérisation directe de celle-ci. A cet effet, une méthode numérique de traitement du signal a été développée permettant de déterminer les corrélations de vitesse en deux points et, par transformée de Fourier, le spectre bidimensionnel de la turbulence étudiée. Nos résultats expérimentaux mettent en évidence l'envahissement progressif d'un spectre en k-5/3 par une zone en k-3 à partir des hautes fréquences. Une caractérisation de l'anisotropie est ensuite proposée à partir du tracé des cartes d'isocorrélations dans l'espace physique et d'isoénergie dans l'espace de Fourier. Ces cartes comparées à celles obtenues en l'absence de champ magnétique mettent clairement en évidence la quasi-bidimensionnalité de l'écoulement aux forts nombres de Stuart.