Vent dans la soufflerie : comment meurt la turbulence express
Dans une soufflerie, le vent atteint des vitesses vertigineuses et se mue en chaos de tourbillons. Pour observer comment ce chaos s'éteint aux plus petites échelles, des chercheurs ont utilisé un capteur plus fin qu'un cheveu humain et l'ont placé dans l'écoulement.
À l'intérieur de la soufflerie, ils ont créé une couche de cisaillement – une zone où l'air rapide frotte contre l'air lent, générant des tourbillons. Le capteur, un fil chauffé d'une fraction de micromètre de long, a capté les fluctuations de vitesse même là où les tourbillons sont plus petits que la distance entre les molécules d'air. Les mesures ont été effectuées pour des nombres de Reynolds allant de 450 à 1500 – c'est comme comparer une rivière tumultueuse à une cascade.
Il s'avère que l'énergie des tourbillons ne décroît pas brusquement, mais selon une exponentielle étirée – une courbe qui chute d'abord rapidement, puis de plus en plus lentement. L'exposant de cette courbe, environ 0.5, ne changeait pas avec l'intensité de l'écoulement. C'est le comportement de l'huile qui s'étale sur une table : d'abord vite, puis presque imperceptiblement.
Cette loi est comme une recette universelle d'atténuation pour toute turbulence, des courants océaniques au plasma dans un réacteur. Savoir comment l'énergie se dissipe en chaleur aux plus petites échelles aide à calculer plus précisément la traînée des avions, le mélange des carburants et les prévisions météorologiques.
Le capteur utilisé pour mesurer les tourbillons était 10 fois plus fin que le plus petit tourbillon qu'il détectait. C'est comme mesurer les vagues d'une baignoire avec une règle d'un millimètre.