Mais selon une nouvelle étude, des modèles réguliers peuvent émerger du mouvement turbulent des fluides. Ce dont vous avez besoin, c'est d'une propriété intrigante appelée « viscosité étrange » qui apparaît dans certaines conditions, par exemple lorsque les particules du fluide tournent toutes dans la même direction. Bien qu'il s'agisse d'une circonstance spécialisée, il existe de nombreux contextes dans la nature où une version de cet effet peut exister, comme dans la couronne solaire et le vent solaire.

"Cet effet surprenant pourrait s'ajouter à la boîte à outils croissante pour contrôler et façonner la turbulence", a déclaré Michel Fruchart, ancien chercheur postdoctoral à l'UChicago, aujourd'hui professeur au Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) et co-premier auteur de l'article. décrivant les résultats.

L'étude, fruit d'une collaboration entre l'Université de Chicago, l'Université de technologie d'Eindhoven aux Pays-Bas et le CNRS, est publiée dans Nature.

Une nature chaotique

Malgré tout ce que nous avons appris sur la physique classique au cours des siècles passés, il reste un problème qui résiste encore à une explication complète :le phénomène connu sous le nom de turbulence. Bien que des turbulences apparaissent chaque jour autour de nous – depuis les nuages ​​qui tourbillonnent dans l'atmosphère jusqu'au sang qui coule dans nos vaisseaux – elles ne sont toujours pas aussi bien comprises que d'autres phénomènes physiques courants.

"La turbulence est peut-être courante dans la nature, mais elle n'est encore que partiellement comprise", a déclaré Xander de Wit, co-premier auteur de la publication et doctorant à l'Université de technologie d'Eindhoven.

Ceci malgré le fait que si nous parvenions à comprendre et à contrôler les turbulences, nous pourrions réaliser de nombreuses avancées; peut-être pourrions-nous concevoir des ailes d'avion, des moteurs et des éoliennes plus efficaces, par exemple.

Cependant, les scientifiques savent certaines choses sur la turbulence. Si vous secouez une bouteille d’eau, vous verrez des tourbillons se former. Ils commencent à peu près de la taille de la longueur de la bouteille; puis les tourbillons se divisent en tourbillons plus petits, puis à nouveau en tourbillons plus petits, et ainsi de suite jusqu'à ce que les tourbillons se dissipent. C'est ce qu'on appelle une cascade. Mais si vous faites la même chose mais en confinant l'eau à une fine couche, les tourbillons fusionneront pour former un grand vortex – la Grande Tache Rouge à la surface de Jupiter est un exemple de ce phénomène, a déclaré Fruchart.

Le groupe de scientifiques s'est demandé s'il était possible de créer et de maintenir des tourbillons de taille moyenne, ni un grand tourbillon, ni des tourbillons de plus en plus petits.

La réponse est oui, si votre fluide présente une propriété connue sous le terme de « viscosité impaire ».

La viscosité signifie généralement une mesure de la difficulté à remuer. Par exemple, il est plus difficile de remuer un pot de miel qu'un pot d'eau. A viscosité normale, le mouvement dissipe l'énergie que vous lui avez injectée en remuant avec votre cuillère. Mais une « viscosité étrange » modifie la façon dont les objets se déplacent mais ne dissipe pas l'énergie. Cela a été observé dans certaines conditions rares en laboratoire.

Les chercheurs ont construit une simulation dans laquelle les particules affichaient une viscosité étrange, dans ce cas, en faisant tourner toutes les particules du fluide comme des toupies. Puis, en ajustant les paramètres, tels que la vitesse de rotation des particules, les chercheurs ont trouvé une surprise. À un moment donné, ils ont commencé à voir des modèles plutôt que des tourbillons aléatoires.

"L'astuce, nous l'avons découvert, consiste à créer une cascade mixte, dans laquelle les grands tourbillons ont tendance à se diviser et les petits tourbillons ont tendance à fusionner", a expliqué Fruchart. "Si vous obtenez le bon équilibre, vous voyez des modèles se former."

"Lorsque nous avons vu ces effets pour la première fois, nous ne comprenions pas complètement ce que nous observions, mais on pouvait dire qu'il y avait quelque chose de différent, même à l'œil nu", a déclaré Tali Khain, co-auteur de l'étude et doctorant à l'Université de Chicago. "Nous avons dû développer une théorie pour l'expliquer, et c'était vraiment passionnant."

Bien que toutes les particules présentes dans les fluides ne tournent pas comme des toupies, il existe des exemples dans la nature. Par exemple, les électrons ou les gaz polyatomiques dans un champ magnétique se comportent de cette façon.

"En plus du soleil et du vent solaire, il existe divers contextes dans lesquels une version de cet effet peut exister, notamment les flux atmosphériques, les plasmas et la matière active", a déclaré le professeur Vincenzo Vitelli de l'Université de Chicago, l'un des auteurs principaux de l'article. /P>

Alors que les scientifiques s'efforcent de mieux comprendre leurs découvertes, ils espèrent que cela mènera à une meilleure compréhension de l'interaction entre les tourbillons et les vagues dans les écoulements turbulents.

"Nous n'en sommes qu'au début", a déclaré Vitelli, "mais je suis fasciné par l'idée que l'on puisse prendre un état turbulent qui est la quintessence du chaos et l'utiliser pour créer des modèles - c'est un changement profond apporté par juste un torsion à la plus petite échelle."