Une fine plaque réveille la turbulence avant l'heure express
Une fine plaque se dresse en travers d'un écoulement d'eau ou d'air. Derrière elle naît un sillage – une zone où le courant se brouille et se mélange. En général, un tel sillage devient turbulent lorsque la vitesse de l'écoulement est suffisamment grande, et le nombre de Reynolds en est la mesure. Pour des obstacles circulaires ou carrés, la turbulence dans le sillage apparaît à des nombres de Reynolds de l'ordre de plusieurs milliers. Mais pour une plaque plane, c'est différent.
Les auteurs de l'étude ont calculé sur ordinateur l'écoulement autour d'une plaque à un nombre de Reynolds de 400 et l'ont comparé à des mesures en soufflerie à des nombres de 12500 et 19700. Les grandeurs clés – vitesse moyenne, contraintes de Reynolds, transport d'énergie cinétique turbulente – coïncident dans les limites de l'erreur de mesure. De plus, dans le calcul à 400, on observe des spectres d'énergie et une intermittence caractéristiques d'une turbulence pleinement développée. En revanche, à un nombre de Reynolds de 150, rien de tout cela : les distributions des grandeurs sont complètement différentes, il n'y a pas de turbulence.
La différence de comportement du sillage s'explique par la manière dont la plaque détache les tourbillons. Avec une plaque fine, les bords tranchants forcent l'écoulement à se décoller immédiatement et à former un allée de tourbillons dès les faibles vitesses. Avec un cylindre circulaire, le décollement est progressif, et la turbulence se développe plus tard. Cette découverte aide à calculer plus précisément l'écoulement autour de structures minces – des ailes aux garde-corps de ponts.
À un nombre de Reynolds de 400, dans un tube de 1 cm de diamètre, l'eau doit s'écouler à seulement 4 cm/s pour que le sillage derrière une fine plaque devienne turbulent.