Une casserole d'eau chauffée par le bas est un exemple simple de turbulence. Le liquide chaud monte, le froid descend, et l'écoulement se divise spontanément en cellules de convection qui ressemblent à des rouleaux horizontaux. Dans cette nouvelle étude, des physiciens ont utilisé un récipient rectangulaire large (dix fois plus long que haut) et ont observé combien de ces rouleaux se forment.

En répétant l'expérience dans les mêmes conditions, les scientifiques ont obtenu de trois à sept rouleaux, le plus souvent six. Cela signifie que l'écoulement turbulent a plusieurs états possibles, et lequel s'installe est imprévisible à l'avance. Lorsque le fluide a été rendu plus visqueux (le nombre de Prandtl est passé de 4.3 à 67.3), les rouleaux ont commencé à se fragmenter, et l'écoulement est passé d'un système de grands tourbillons à des « panaches » désordonnés — des jets de liquide chaud qui montent comme des bulles dans une lampe à lave.

Le nombre de rouleaux influence directement le transfert de chaleur : plus ils sont nombreux, plus la chaleur monte rapidement du bas vers le haut. À l'intérieur de chaque rouleau, la vitesse horizontale augmente avec sa taille, tandis que la vitesse verticale diminue — le fluide dans un grand rouleau tourne plus longtemps en rond avant de monter. C'est comme un manège : sur un grand manège, on tourne plus longtemps et on monte plus lentement.

La conclusion est simple : la turbulence n'est pas un chaos sans règles, mais un système avec plusieurs états stables. Selon l'état choisi par l'écoulement, une pièce se réchauffera plus ou moins vite avec un radiateur, ou un moteur refroidira plus ou moins efficacement. En contrôlant les conditions initiales, on peut pousser l'écoulement vers le régime souhaité — par exemple, vers un refroidissement plus efficace.