Les scientifiques ont supposé qu'une fois qu'un écoulement de fluide est devenu turbulent, les turbulences persisteraient. Chercheurs de l'Institute of Science and Technology Austria (IST Austria), dont le professeur Björn Hof et les co-premiers auteurs Jakob Kühnen et Baofang Song, ont maintenant montré que ce n'était pas le cas. Dans leurs expériences, qu'ils ont publié dans Physique de la nature , ils ont déstabilisé la turbulence dans un tuyau de sorte que l'écoulement est passé à un état laminaire (non turbulent), et ils ont observé que l'écoulement restait laminaire par la suite. L'élimination des turbulences peut économiser jusqu'à 95 % de l'énergie nécessaire pour pomper un fluide dans un tuyau.

La quantité d'énergie utilisée par l'industrie pour pomper les fluides dans les canalisations est considérable et correspond à environ 10 % de la consommation mondiale d'électricité. Il n'est donc pas surprenant que les chercheurs du monde entier cherchent des moyens de réduire ces coûts. La majeure partie de ces pertes d'énergie est causée par les turbulences, un phénomène qui conduit à une augmentation drastique de la traînée de frottement, nécessitant beaucoup plus d'énergie pour pomper le fluide. Les approches précédentes visaient à réduire localement les niveaux de turbulence. Maintenant, le groupe de recherche de Björn Hof à IST Austria a adopté une approche entièrement nouvelle, aborder le problème d'un autre côté. Plutôt que d'atténuer temporairement les turbulences, ils ont déstabilisé les turbulences existantes de sorte que l'écoulement est devenu automatiquement laminaire.

Dans un flux dit laminaire, un fluide s'écoule en couches parallèles qui ne se mélangent pas. L'opposé de ceci est un écoulement turbulent, qui se caractérise par des tourbillons et des changements chaotiques de pression et de vitesse dans le fluide. La plupart des écoulements que nous pouvons observer dans la nature et en ingénierie sont turbulents, de la fumée d'une bougie éteinte à l'écoulement du sang dans le ventricule gauche de notre cœur. Dans les tuyaux, les écoulements laminaires et turbulents peuvent, en principe, exister et être stable, mais une petite perturbation peut rendre un écoulement laminaire turbulent. La turbulence dans les tuyaux était jusqu'à présent supposée stable, et les efforts pour économiser les coûts énergétiques se sont donc concentrés uniquement sur la réduction de son ampleur, mais pas sur son extinction complète. Dans leur démonstration de principe, Björn Hof et son groupe ont maintenant montré que cette hypothèse était fausse, et qu'un écoulement turbulent peut, En effet, être transformé en un laminaire. L'écoulement reste ensuite laminaire à moins qu'il ne soit à nouveau perturbé.

"Personne ne savait qu'il était possible de se débarrasser des turbulences dans la pratique. Nous avons maintenant prouvé que cela pouvait être fait. Cela ouvre de nouvelles possibilités pour développer des applications pour les pipelines, " explique Jakob Kühnen.

Le secret réside dans le profil de vitesse, c'est à dire., dans la variation de la vitesse d'écoulement en regardant différentes positions dans la section transversale du tuyau. Le débit est le plus rapide au milieu du tuyau alors qu'il est beaucoup plus lent près des parois. En plaçant des rotors dans le flux qui réduisent la différence entre le fluide au centre et celui près de la paroi, les chercheurs ont réussi à obtenir un profil « plus plat ». Pour de tels profils d'écoulement, les processus qui soutiennent et créent des tourbillons turbulents échouent et le fluide revient progressivement à un mouvement laminaire régulier et il est resté laminaire jusqu'à ce qu'il atteigne l'extrémité du tuyau. Une autre façon d'obtenir le profil de vitesse plat consistait à injecter du liquide à partir de la paroi. Une autre mise en œuvre de l'idée d'un profil de vitesse plat était une partie mobile du tuyau :en déplaçant rapidement les parois sur un tronçon du tuyau, ils ont également obtenu le même profil plat qui a restauré le flux laminaire.