Description

À la frontière d'un cumulus, l'air est refroidi par l'évaporation des gouttelettes et devient plus dense. Cela induit une petite région appelée « enveloppe de subsidence » à la limite du nuage, avec une vitesse descendante, qui contraste avec le mouvement ascendant dans la majeure partie du cumulus. Nous avons récemment mis en place des expériences préliminaires en laboratoire qui reproduisent les principaux éléments physiques de ce phénomène.
Nous injectons une solution de NaOH au sommet d'une solution de HCl contenue dans un réservoir 2D. La réaction est exothermique, de sorte que la solution devient moins dense après la réaction, induisant un mouvement ascendant. Nous avons mesuré le champ de vitesse à l'aide de la vélocimétrie par images de particules (PIV). Une région de vitesse ascendante est mesurée autour du panache principal descendant. Nous avons ainsi réalisé un analogue de la enveloppe de subsidence où le sens de la vitesse est inversé.
Les concentrations acide/base, le débit d'injection du panache, ainsi que la nature et la quantité de sel neutre supplémentaire (par exemple NaCl) que nous pouvons ajouter dans les solutions, sont les principaux paramètres de contrôle de l'expérience. Nous prévoyons également de mettre en œuvre une mesure innovante de la température par fluorescence induite par laser (LIF).
Les expériences porteront d'abord sur des configurations à panache unique et évalueront le couplage entre les effets de mélange et les effets thermiques. Ensuite, nous étudierons les interactions entre les panaches voisins, ainsi que les panaches dans un environnement stratifié ou en présence d'un écoulement de fond. D'autres systèmes acide/base seront explorés afin de faire varier le nombre de Damköhler. Les effets radiatifs peuvent également être simulés à l'aide d'un indicateur de pH (bleu de bromophénol) qui est bleu foncé dans les régions basiques, absorbant la lumière et induisant ainsi un échauffement supplémentaire de la masse.

Compétences requises

compétences expérimentales, ainsi qu'en modélisation et simulations numériques

Bibliographie

[1] J. Katzwinkel and H. Siebert, Measurements of Turbulent Mixing and Subsiding Shells in Trade Wind Cumuli, J. Atmos. Sciences (2014)
[2] N. Mingotti, and S. S. S. Cardoso Mixing and reaction in turbulent plumes: the limits of slow and instantaneous chemical kinetics, J. Fluid Mech. (2018)

Mots clés

expériences analogues, convection, panaches réactifs, nuages