ERDF — CNRS — TAF — EMERGENT (Q3681604)
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Project Q3681604 in France
| Language | Label | Description | Also known as |
|---|---|---|---|
| English | ERDF — CNRS — TAF — EMERGENT |
Project Q3681604 in France |
Statements
69,500.00 Euro
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139,000.0 Euro
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50.0 percent
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28 February 2023
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CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
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49°12'0.97"N, 0°20'57.37"W
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14052
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Les écoulements turbulents interviennent dans beaucoup de processus de transferts d'énergie et de masse mais leur compréhension reste un défi majeur. Depuis quelques années, une nouvelle classe de turbulence a été décrite dans les suspensions dense de particules actives : la turbulence mésoscopique est un phénomène distinct de la turbulence inertielle. La turbulence mésoscopique est observée dans des systèmes biologiques avec un nombre de Reynolds quasi-nul (cf. figure dans annexe PJ_TAF_DossierCandidature). Ce nouveau type de turbulence s'établit par l'injection continue d'énergie par les éléments constitutifs du fluide actif (suspension de particules auto-propulsées), et a été observée dans de nombreux systèmes biologiques (suspensions de bactéries, mono-couche cellulaire,). La turbulence naît de l'auto-propulsion des micro-organismes ainsi que de leurs interactions. Cette turbulence active peut avoir des conséquences profondes sur le mélange des nutriments et le transport moléculaire dans des systèmes biologiques. Dans ces systèmes, bien que l'inertie soit négligeable, la turbulence se caractérise par une distribution de tourbillons très désordonnée.Des études récentes ont montré que la turbulence à l'échelle mésoscopique partage certaines propriétés avec la turbulence inertielle. Il a notamment été observé une cascade d'énergie directe et inversée comme il en existe dans les écoulements turbulents à deux dimensions. Il a également été observé que lorsqu'une telle suspension de bactéries était confinée dans un système quasi-1D, on observe l'émergence d'intermittence spatio-temporelle similaire à la turbulence inertielle.Dans le même temps, notre compréhension de la turbulence inertielle dans les écoulements cisaillés a radicalement changé avec l'émergence de l'approche système dynamique, basée sur la connaissance a priori de solutions exactes non-triviales des équations de Navier-Stokes. Dans cette description déterministe de la turbulence, l'écoulement à un instant t correspond à un point unique dans un espace des phases de très grande dimension peuplé de solutions invariantes instables. Une trajectoire turbulente visitera leur voisinage, allant de l'une à l'autre (sans jamais les atteindre). L'identification des solutions invariantes les plus visitées ainsi que leurs connexions dynamiques permet une description déterministe d'un écoulement turbulent en considérant l'écoulement comme un système dynamique.Ce projet fait partie du projet général qui m'a permis d'être très récemment recruté en tant que chargé de recherche du CNRS au Laboratoire Ondes et Milieux Complexes (LOMC). (French)
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Turbulent flows are involved in many energy and mass transfer processes, but their understanding remains a major challenge. In recent years, a new turbulence class has been described in dense suspensions of active particles: mesoscopic turbulence is a distinct phenomenon from inertial turbulence. Mesoscopic turbulence is observed in biological systems with almost no number of Reynolds (see Annex PJ_TAF_DossierCandidature). This new type of turbulence is established by continuous energy injection by the constituent components of the active fluid (suspension of self-propelled particles), and has been observed in many biological systems (bacterial suspensions, cell monolayer,). Turbulence arises from the self-propulsion of microorganisms and their interactions. This active turbulence can have profound consequences for nutrient mixing and molecular transport in biological systems. In these systems, although inertia is negligible, turbulence is characterised by a very disorderly distribution of whirlpools. Recent studies have shown that mesoscopic turbulence shares some properties with inertial turbulence. In particular, a direct and inverted energy cascade has been observed as it exists in turbulent two-dimensional flows. It has also been observed that when such a suspension of bacteria was contained in a near-1D system, the emergence of spatio-temporal intermittence similar to inertial turbulence.At the same time, our understanding of inertial turbulence in sheared flows has radically changed with the emergence of the dynamic system approach, based on the a priori knowledge of exact non-trivial solutions of Navier-Stokes equations. In this deterministic description of turbulence, flow at an instant t corresponds to a single point in a very large phase space populated by unstable invariant solutions. A turbulent trajectory will visit their neighbourhood, going from one to the other (without ever reaching them). The identification of the most visited invariant solutions and their dynamic connections allows a deterministic description of a turbulent flow by considering the flow as a dynamic system. This project is part of the general project that allowed me to be very recently recruited as a research officer of the CNRS at the Laboratory Ondes et Milieux Complexes (LOMC). (English)
18 November 2021
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Identifiers
19P02821
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