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Polygone scientifique
picture above : Grenoble's Polygone Scientifique from La Bastille.

 

Communications during scientific events and Seminars

 

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In 2014

 

23rd International Conference of Discrete Simulation of Fluid Dynamics
Paris, France,  July 28th - Aug 1st (2014)
Lattice Boltzmann scheme for superfluid 4He dynamics  presented by   J. Bertolaccini

The superfluid phase of 4He (referred to as He-II) is a macroscopic quantum fluid with a number of extraordinary transport properties. Following the seminal work of Tsiza and Landau (1941) [1], He-II may be viewed at a macroscopic level as the binary mixture of a normal fluid with viscosity and entropy, and a superfluid without viscosity and entropy. At low Mach number, the resulting dynamics is governed by a system of Navier-Stokes and Euler equations coupled by a (modeled) mutual force that encompasses the interaction between the elementary constituents of the (mixed) two fluids at a microscopic level. During the conference, we will argue that the Lattice Boltzmann method provides a physically-sound framework to discretize the dynamics of He-II. A specific two-population scheme has been derived to handle the coupled dynamics of the normal-fluid and superfluid components [2]. This scheme is consistent (through a Chapman-Enskog expansion) with the macroscopic dynamics of He-II [3]. Furthermore, we will show that the mesoscopic nature of the Lattice Boltzmann method is particularly adequate to handle the exchange of momentum and heat with boundaries. This numerical scheme allows us to simulate superfluid counter-flow dynamics [4], in the presence of walls and obstacle, which is of fundamental interest in the understanding of superfluid dynamics. This approach also offers a high potential in simulating cryogenic flow, in which superfluid 4He is usually used as a very efficient coolant. To the best of our knowledge, Lattice Boltzmann scheme for superfluid 4He dynamics has never been investigated before.

 

42e Congrès National d'Analyse Numérique CANUM 2014
Carry-le-Rouet, France,  Mars 31st - April 4th (2014)
Problèmes ouverts en turbulence des superfluides : point de vue d'un expérimentateur  presented by   P.-E. Roche

En dessous d'une température de transition superfluide, certains liquides entrent dans une phase quantique. Ils acquièrent alors des propriétés remarquables dont celle de pouvoir s'écouler sans présenter d'effet visqueux et de concentrer leur vorticité sur des filaments. Dès 1955, Richard Feynman a introduit le concept de ``turbulence superfluide'', encore appelé ``turbulence quantique'' pour évoquer la dynamique chaotique de ces écoulements, mais il a fallu attendre près d'un demi siècle pour qu'expérimentateurs, numériciens et théoriciens s'emparent en laboratoire de ce concept. Après une brève introduction à l'hydrodynamique des superfluides, illustrée par des expériences récentes menées avec de l'hélium, l'exposé introduira les 3 modèles mathématiques utilisée pour décrire ces écoulements, puis présentera quelques problèmes ouverts concentrant l'essentiel des efforts actuels.

 

Séminaire du Département de Physique de l'ENS Lyon
Lyon Feb 5th, 2013

L’hydrodynamique des superfluides  presented by   P.-E. Roche

Brasser un pot de miel avec une cuillère est difficile, car la viscosité de ce fluide freine efficacement le mouvement. Par contre, dans un fluide moins visqueux comme le café dans une tasse, un simple mouvement de cuillère donne naissance à une multitude de tourbillons turbulents. Malgré les apparences, la viscosité du café continue toutefois de jouer un rôle central en freinant très efficacement les tourbillons les plus petits, et in-fine, en dissipant toute l'énergie cinétique communiquée initialement par le mouvement de la cuillère. Qu'advient-il si l'on brasse un fluide ne présentant strictement aucune viscosité ? Un liquide exotique permet d'étudier concrètement cette question : l'hélium superfluide. En dessous d’environ 2 K, l'hélium liquide entre en effet dans une phase quantique où il acquiert des propriétés remarquables dont celle de pouvoir s'écouler sans présenter d'effet visqueux. Après une introduction historique sur l’hydrodynamique des superfluides, l’exposé s’intéressera à la limite turbulente qui concentre l’essentiel des recherches actuelles. En particulier, on illustrera comment des études théoriques, numériques et expérimentales -parfois contradictoires- laissent toutes entrevoir une grande richesse phénoménologique de la turbulence des superfluides.

 

In 2013

 

13thWorkshop on Nonlocality in turbulence
Wolfgang Pauli Institute, Vienna, Austria  Dec. 2-5 (2013)
Energy spectra and characteristic scales of quantum turbulence investigated by numerical simulations of the two-fluid model  presented by   E. Lévêque

Quantum turbulence at finite temperature (within the framework of the two-fluid model) exhibits an "anormal" distribution of kinetic energy of its superfluid component at scales larger than the inter-vortex distance. This anormal behavior is consistent with a thermalization of superfluid excitations at small scales. An original phenomenological argument allows us to predict explicitly the extension of the thermalization range. It is predicted that this extension is independent of the Reynolds number, and scales as the inverse square root of the normal fluid fraction. The prediction is well supported by high-resolution pseudo-spectral simulations of the two fluid-model.

 

13th EUROMECH European Turbulence Conference
Lyon,   Sept. 1-4 (2013)
Energy spectra and characteristic scales of quantum turbulence investigated by numerical simulations of the two-fluid model  by   P.-E. Roche et E. Lévêque
First results of the shrek experiment at ultra-high reynolds number  by   C. Baudet et al.

 

In 2012

 

Colloquium du Laboratoire de Physique de l'ENS Lyon
Lyon Dec 17th, 2012 (11h00)

Turbulence d'une pelote de vortex superfluides  presented by   P.-E. Roche

Il est difficile de brasser un pot de miel avec une cuillère car la viscosité de ce fluide freine efficacement tout écoulement. Par contre, dans un fluide moins visqueux comme dans le café d'une tasse, un simple mouvement de cuillère génèrera des tourbillons de différentes tailles : l'écoulement est "turbulent". Malgré les apparences, la viscosité du café continue toutefois de jouer un rôle central en freinant très efficacement les tourbillons les plus petits, et in-fine, en dissipant toute l'énergie cinétique de l'écoulement. Qu'advient-il si l'on brasse un fluide ne présentant strictement aucune viscosité ? Un liquide exotique permet d'aborder cette question : l'hélium superfluide. En dessous de 2,17 K, l'hélium liquide entre en effet dans une phase quantique et il acquiert des propriétés remarquables dont celle de pouvoir s'écouler sans présenter d'effet visqueux. Dès 1955, Richard Feynman a introduit ainsi le concept de "turbulence quantique", encore appelé "turbulence superfluide", mais il a fallu attendre près d'un demi siècle pour qu'expérimentateurs, numériciens et théoriciens s'emparent en laboratoire de ce concept. Après une introduction générale, l'exposé présentera des progrès récents obtenues expérimentalement et par simulations numériques. En particulier, le concept de cascade de Kolmogorov sera revisité dans le cadre du modèle "à deux fluides" des écoulements quantiques.

 

European meeting : Superfluid turbulence from the perspective of numerics: modeling, methods and challenges
Centre Blaise Pascal, ENSL-Lyon, France  Nov 26-28 (2012)
Continuous two-fluid model with a circulation-quantum-consistent truncation  presented by   J. Salort

 

Séminaire du Master recherche parcours Physique de la Matière Condensée
Orsay Sept 26th, 2012 (13h30)
La turbulence quantique  presented by   P.-E. Roche

Il est difficile de brasser un pot de miel avec une cuillère car la viscosité de ce fluide freine efficacement tout écoulement. Par contre, dans un fluide moins visqueux comme dans le café d'une tasse, un simple mouvement de cuillère génèrera des tourbillons de différentes tailles : l'écoulement est "turbulent". Malgré les apparences, la viscosité du café continue toutefois de jouer un rôle central en freinant très efficacement les tourbillons les plus petits, et in-fine, en dissipant toute l'énergie cinétique de l'écoulement.
Qu'advient-il si l'on brasse un fluide ne présentant strictement aucune viscosité ? Un liquide exotique permet d'aborder cette question : l'hélium superfluide. En dessous de 2,17 K, l'hélium liquide entre en effet dans une phase quantique et il acquiert des propriétés remarquables dont celle de pouvoir s'écouler sans présenter d'effet visqueux. Dès 1955, Richard Feynman a introduit ainsi le concept de "turbulence quantique", encore appelé "turbulence superfluide", mais il a fallu attendre près d'un demi siècle pour qu'expérimentateurs, numériciens et théoriciens s'emparent en laboratoire de ce concept.
Après une introduction générale, l'exposé dressera un panorama international de cette activité et présentera quelques-uns des principaux défis relevés par les chercheurs. Le propos sera illustré par une présentation de progrès très récents.

 

10èmes Journées de Cryogénie et de Supraconductivité
Aussois, France,  Juin 5-8 (2012)
Hydrodynamique et Turbulence superfluide  presented by   P.-E. Roche

Pour décrire l'écoulement d'un fluide visqueux, tel que l'eau, l'air, l'hélium gazeux ou l'He-I, un paramètre hydrodynamique joue un rôle central : le nombre de Reynolds. A l'aide de ce nombre et à partir d'abaques universels, on estime par exemple les pertes de charge le long d'une conduite, le coefficient de trainée d'une aile ou une condition de stabilité d'un écoulement. En dessous de sa transition superfluide, l'hélium 4He liquide (He-II) peut être décrit comme un mélange de deux composantes: un fluide « normal » visqueux et un autre «superfluide », capable de s’écouler sans viscosité. Comment prédire les propriétés des écoulements d'hélium superfluide ? En particulier, peut-on utiliser les connaissances acquises sur la turbulence des fluides visqueux ? Le nombre de Reynolds du superfluide est a priori infini puisqu’il est inversement proportionnel à sa viscosité. l'utilisation directe des abaques classiques est donc impossible. Toutefois, il y a une vingtaine d'années, des études expérimentales motivées par la refroidissement des bobines supraconductrices (LHC, ) ont rapporté que la perte de charge d'une conduite d'He-II est correctement estimée avec les abaques classiques, sous réserve de prêter au superfluide une viscosité finie. L'exposé présentera une série d'études récentes, expérimentales et numériques, de la turbulence de l'He-II apportant un éclairage nouveau sur cette problématique. En particulier, on montrera comment –sous certaines conditions, les écoulements superfluides turbulents présentent une viscosité apparente.

 

Workshop on Quantum Turbulence in Two Fluid Systems
Abu Dhabi, UAE, May 21-23 (2012)
Can one infer the temperature of a turbulent superfluid using a millimeter-resolution anemometer ?  presented by   P.-E. Roche

In superfluid 4He wind-tunnels, high-Re flows can be generated over the temperature range 2.17 - 1.3 K, which corresponds to a superfluid fraction adjustable between 5% and 95%. Over this range, the properties of turbulence should evolve continuously, as the normal fluid vanishes and the superfluid becomes prevalent. The talk will address the following question : "How does the change in the balance of two fluids affect the Kolmogorov cascade and modify the turbulent fluctuations of He-II ?". The discusion will be nourished with numerical and experimental results.

 

New challenges in turbulence research
Les Houches, France,  March 18-23 (2012)
Turbulence of superfluid 4He : a tour of 6 experiments & 1 simulation  presented by   P.-E. Roche

This lecture will present 6 experiments and 1 simulation of 4He turbulence at finite temperature. Phenomenological and quantive aspects of "the two-fluid casade" will be introduced step by step, to interpret the outcome of each experiment, orpresent challenges in our understanding of superfluid turbulence.

 

 

In 2011

 

GDR Turbulence
Aussois, France Dec. 12-14 (2011)
Convection  presented by   P.-E. Roche

 

Meeting on cryoelectronic devices - Kryo 2011
Autrans, France, October, 2-4 (2011)
Superfluid velocity measurements with a superconducting micro-resonator  presented by   J. Salort

 

13th EUROMECH European Turbulence Conference
Warsaw, Poland,   Sept. 12-15 (2011)
The Ultimate Regime of Convection over uneven plates  by   R. Kaiser et al.
Micro-cantilever Anemometer for Cryogenic Helium  by   A. Monfardini et al.
Experimental spectra of quantum turbulence for various flows  by   J. Salort et al.
Vorticity scattering measurements in a superfluid inertial round jet  by   D. Duri et al.
Kolmogorov cascade and equipartition of kinetic energy in numerical simulation of Superfluid turbulence  by   P.-E. Roche et al.

 

4th Workshop on the Physics and Applications of Superconducting Microresonators
St Martin d'Hères, France, July, 28-29 (2011)
Miniature velocity probe for superfluid turbulence  presented by   J. Salort

 

Topical Meeting on Nanomechanic
Institut Néel, Grenoble, May 23 (2011)
Design and Micro-machining of a Cryogenic Cantilever Anemometer for Superfluid Turbulence  presented by   J. Salort

 

Workshop on Classical and Quantum Turbulence
Abu Dhabi, UAE, May 2-5 (2011)
Recent results for statistics in turbulent Helium II  presented by   J. Salort
High Reynolds simulations of the 2-fluids continuous equations with a quantum-of-circulation-consistent numerical truncation  presented by   P.-E. Roche
Cryogenic Cantilever Anemometer  presented by   J. Salort
Local probes  presented by   P.-E. Roche

 

2nd PTA Users Meeting
Minatech, Grenoble, Jan. 24 (2011)
Micro-poutrelle comme anémomètre pour la turbulence superfluide  presented by   J. Salort

 

 

In 2010

 

GDR Turbulence
Paris, France Nov. 3-5 (2010)
Le principe des anémomètres à base de cantilevers; l'apport des techniques de salle blanche pour l'instrumentation hydro   presented by   J. Salort

 

Séminaire Néel
Grenoble Oct 19th, 2010 (11h00)
Turbulence d'une pelote de vortex quantiques  presented by   P.-E. Roche

En dessous de 2,17 K, l'hélium liquide acquiert des propriétés superfluides. Il peut alors s'écouler sans viscosité et les "tourbillons" de son champ de vitesse se concentrent sur vortex quantiques. Dès 1955, R. Feynman attira l'attention sur la dynamique chaotique que devait présenter une pelote de vortex quantiques ; il introduisit ainsi le concept de "turbulence superfluide". Les études en laboratoire n'ont toutefois connu un véritable essor que depuis une dizaine d'années. Pour sonder cette turbulence superfluide, nous mettons en œuvre une approche originale associant mesures locales de fluctuations et simulations numériques sur supercalculateurs. Cette approche, et ses récents succès, seront présentés.

 

Meeting on Quantum Turbulence
Grenoble, France Aug. 7 (2010)
Turbulent statistics in He-I versus He-II : comparison in various flows  presented by   J. Salort

 

International Symposium on Quantum Fluids and Solids
Grenoble, France Aug. 1-7 (2010)
Velocity spectra in Turbulent He II  poster by   J. Salort
Turbulent Convection : does the Ultimate Regime really follow Kraichnan prediction ?  poster by   P.-E. Roche
Superfluid High Reynolds number von Karman experiment  poster by   B. Rousset

 

International workshop on Vortices, Superfluid dynamics and Quantum turbulence
Lammi, Finland Apr. 11-16 (2010)
Local anemometers for Superfluid Turbulence  poster by   J. Salort
4He at finite temperature : DNS of homogeneous Superfluid Turbulence  presented by   P.-E. Roche

 

New challenges in turbulence research
Les Houches, France,  Feb. 21-26 (2010)
Local sensors for cryogenic helium experiments  presented by   J. Salort
Helium for Turbulence Research : overview of a few opportunities  presented by   P.-E. Roche

 

High Ra convection and Beyond
Les Houches, France,  Jan. 25-29 (2010)
Ultimate regime Vs. Kraichnan regime  presented by   P.-E. Roche

 

 

 

In 2009

 

12th EUROMECH European Turbulence Conference
Marburg,  Sept. 7-10 (2009)
Convection at very high Rayleigh number: signature of transition from a micro-thermometer inside the flow  presented by   J. Salort
TSF Experiment for comparison of high Reynold's number turbulence in He-I and He-II : first results  presented by   P. Diribarne
Turbulent cascade of a quantum fluid at finite temperature  presented by   P.-E. Roche
Shot noise of thermal plumes : Evidence of a boundary layer instability consistent with the onset of Kraichnan's Regime of convection  presented by   P.-E. Roche

 

Workshop on Experiments for Particles in Turbulence (Cost Action MP0806 WP1)
Zurich,  Aug 26-28 (2009)
Local thermometry  to be presented by   P. E. Roche

 

International Conference on Complexity in Physics
Lyon,  June 1-5 (2009)
The Ultimate Regime of Convection (with belt and braces)  to be presented by   P. E. Roche

 

Workshop on Topics in Quantum Turbulence
ICTP, Trieste,  March 16-20 (2009)
Velocity spectra from various He-II flows at finite temperature  presented by   P. E. Roche

 

 

In 2008

 

61st Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics
San Antonio, TX,  Nov. 23-25 (2008)
Classical Vs. Superfluid Turbulence  presented by   P. E. Roche

 

Workshop on Visualizing Thermo-Fluid Dynamics at Low Temperature
San Antonio, TX,  Nov. 19-21 (2008)
Imaging LHe with neutrons, photons and CPU  presented by   P. E. Roche

 

Seminaires Dautreppe
Grenoble,  Oct 20-23 (2008)
Le Régime Ultime de la convection (fete ses 10 ans de controverse)  presented by   P. E. Roche

 

Inertial-Range Dynamics and Mixing
Cambridge,  Sept. 29-Oct 3 (2008)
The Spectrum of vortex density in a turbulent superfluid : Interpretation of a recent experiment  presented by   P. E. Roche

 

Condensed Matter and Materials Physics
Royal Holloway, UK,  March 26-28 (2008)
Quantum Turbulence experiments in Grenoble : Turbulent fluctuations of superfluid vortices  presented by   P. E. Roche

 

 

In 2007

 

Second International Workshop on CICLoPE
Bertinoro,  Oct. 13-15 (2007)
High Reynolds number pipe flow using cryogenic flow  presented by   P. E. Roche

 

CEC / ICMC
July, 16-20 (2007)
Experimental facility for comparison of high Reynolds number turbulence in both HeI and HeII : first results  presented by   B. Rousset

 

11th EUROMECH European Turbulence Conference
Porto, Portugal,  June 25-28, (2007)
Probing Vortex Density Fluctuations in Superfluid Turbulence  presented by   P. E. Roche
Ultimate regime of convection: search for a hidden triggering parameter  presented by   F. Gauthier

 

European Workshop on Turbulence in Cryogenic HElium
CERN, Geneva,  April 23-25 (2007)
He hydrodynamic facilities used and in preparation at CERN presented by P.-E. Roche
Fluid Mechanics with Helium: A Few Examples presented by B. Castaing
Large scale He hydrodynamic facilities at CEA/SBT presented by B. Rousset

 

Introduction à l'hydrodynamique cryogénique
Conférence du département de physique de l'École Normale Supérieure de Lyon, ENS-Lyon (Séminaire video online)   April 18 (2007)

Les propriétés thermodynamiques très singulières de l'hélium à basse température (quelques degrés Kelvin) permettent de produire en laboratoire des écoulements modèles inaccessibles aux expériences traditionnelles. Après une introduction à cette discipline - l' hydrodynamique cryogénique- nous illustrerons son apport à deux problèmes ouverts en turbulence. D'abord, par le biais d'une controverse, toujours vive, sur le régime de la convection thermique attendu dans les écoulements géophysiques (atmosphère, océans, ...). Ensuite, sur le problème plus académique de la dynamique d'une pelote de vortex, telle un plat de spaghetti, et dont chaque élément de longueur entraînerait en rotation tous les autres selon une loi de type Biot et Savart.


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Ph.R. Jan, 2012