O stare foarte turbulentă și haotică!
Turbulența într-un fluid este un fenomen familiar, caracterizat prin prezența de vârtejuri de toate dimensiunile și comportament dezordonat și imprevizibil. Când creștem numărul Reynolds (Re), o cantitate adimensională dată de raportul dintre forțele inerțiale și forțele vâscoase, distingem diferite regimuri de curgere, de la fluxul laminar, apoi haotic până la starea complet turbulentă, în care observăm o cascadă de energie de la scările mari de injecție la scara de disipare (cascada Kolmogorov).
Noile experimente model pentru studii de turbulență, efectuate de echipa SPHYNX de la IRAMIS/SPEC, au dezvăluit în mod neașteptat un comportament haotic în regimul de turbulență dezvoltat (adică la un număr foarte mare de Reynolds). Acest rezultat neașteptat ne face să ne întrebăm despre originea situațiilor intermitente observate în meteorologie, în oceane sau în turbine industriale.
Comportamentul unui fluid care este agitat este complex și atunci când agitația este crescută, acesta suferă o serie de tranziții care sunt clar stabilite astăzi: la viteză mică (numărul Reynolds Re din ordinul 2000), vâscozitatea domină fluxul laminar al fluidului . Dincolo de un prag de agitație (Re> 2000), forțele de inerție domină sistemul și fluxul devine turbulent. Opinia comun acceptată până astăzi este că această turbulență crește odată cu agitația: cu cât este mai puternică agitația, cu atât structura turbulentă va fi mai complexă, permițând o cascadă eficientă a energiei furnizate la nivel global de la scări mari la scări mici.
Între cele două regimuri extreme, se pot dezvolta comportamente intermediare care prezintă structuri vortex stabile sau oscilante, care pot prezenta comportamente haotice cu un număr mic de grade de libertate (14 până la Re = 10 6).
Configurare experimentală: flux von Karman. Un fluid (amestec de apă-glicerol) conținut într-un cilindru este acționat de două turbine contrare rotative plasate la capetele sale. Acționarea fluidului poate fi simetrică (aceeași frecvență de rotație f1 = f2 a celor două turbine) sau asimetrică (f1 ≠ f2). Excitația poate fi produsă și cu un cuplu motor constant (independent pentru fiecare dintre turbine).
Cu toate acestea, în diferite sisteme reale cu un număr foarte mare de Reynolds (prognoza meteo, treziri cu barca sau insulă, ... sau turbine industriale), regimurile turbulente oscilează haotic între mai multe regimuri staționare. Acesta este în special cazul circulației zonale și blocate care caracterizează comportamentul anticiclonilor din emisfera nordică. Este acest comportament haotic legat de sensibilitatea acestor sisteme complexe la condiții externe fluctuante sau stările medii ale fluidului turbulent sunt inerente instabile? ?