Tobias Schneider et Florian Reetz. Crédit :Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)
Depuis des décennies, physiciens, les ingénieurs et les mathématiciens n'ont pas réussi à expliquer un phénomène remarquable en mécanique des fluides :la tendance naturelle de la turbulence dans les fluides à passer d'un chaos désordonné à des motifs parfaitement parallèles de bandes turbulentes obliques. Cette transition d'un état de turbulence chaotique à un schéma hautement structuré a été observée par de nombreux scientifiques, mais jamais compris.
Au Laboratoire Emerging Complexity in Physical Systems de l'EPFL, Tobias Schneider et son équipe ont identifié le mécanisme qui explique ce phénomène. Leurs conclusions ont été publiées dans Communication Nature .
Du chaos à l'ordre
Les équations utilisées pour décrire la grande variété de phénomènes se produisant dans les écoulements fluides sont bien connues. Ces équations capturent les lois fondamentales de la physique qui régissent la dynamique des fluides, une matière enseignée à tous les étudiants en physique et en génie à partir du premier cycle.
Mais quand les turbulences entrent en jeu, les solutions des équations deviennent non linéaires, complexe et chaotique. Cela rend impossible, par exemple, pour prévoir le temps sur un horizon temporel étendu. Pourtant, la turbulence a une tendance surprenante à passer du chaos à un schéma hautement structuré de bandes turbulentes et laminaires. C'est un phénomène remarquable, pourtant le mécanisme sous-jacent est resté caché dans les équations jusqu'à présent.
Voici ce qui se passe :lorsqu'un fluide est placé entre deux plaques parallèles, chacun se déplaçant dans une direction opposée, des turbulences se créent. En premier, la turbulence est chaotique, puis il s'auto-organise pour former des bandes obliques régulières, séparés par des zones de calme (ou écoulements laminaires). Aucun mécanisme évident ne sélectionne l'orientation oblique des bandes ou ne détermine la longueur d'onde du motif périodique.
