Non-linear behavior of convection in a vertical cylindrical cell at high aspect ratio

Abstract
We present here experimental results on convection in high aspect ratio vertical cylindrical cells well above the onset. We observe the evolution of some selected states in a wide range of the temperature difference Δ T between bottom and top of the cell. We bring evidence that, as Δ T increases, the system undergoes low frequency relaxation oscillations, then exhibits higher frequency periodic oscillations. For the first type of oscillations, we suggest an explanation based on a relaxation between two convective modes mediated by a spiraling movement. For sufficiently higher values of ΔT, the system goes to a temporal chaotic state, then loses its spatial coherence, an essential feature of the two previous regimes.

Résumé
Nous présentons ici des résultats expérimentaux sur la convection dans des cellules verticales cylindriques au-delà du seuil de convection. Nous avons étudié, dans un large domaine de différence de température ΔT entre le bas et le haut de la cellule, l'évolution de certaines structures sélectionnées. Lorsque ΔT augmente, le système présente d'abord des oscillations de relaxation à très basse fréquence, puis des oscillations périodiques de plus haute fréquence. Pour le premier type d'oscillations, nous proposons une explication basée sur une relaxation entre deux modes convectifs par un mouvement spiralé. Pour des valeurs de ΔT suffisamment élevées, le système transite vers un chaos temporel et, enfin, perd sa cohérence spatiale, caractéristique des deux régimes précédents.