TURBULENCE

Médias de l’article

Turbulences : exemples de bifurcations

Turbulences : exemples de bifurcations
Crédits : Encyclopædia Universalis France

graphique

Turbulence : exemple de tore T6

Turbulence : exemple de tore T6
Crédits : Encyclopædia Universalis France

graphique

Turbulence : le système de Lorenz et la SCI

Turbulence : le système de Lorenz et la SCI
Crédits : Encyclopædia Universalis France

graphique

Turbulence: un exemple de S.C.I.

Turbulence: un exemple de S.C.I.
Crédits : Encyclopædia Universalis France

graphique

Tous les médias


Turbulence est synonyme d'agitation, désordre, chaos. L'évolution spatiale ou temporelle de nombreux phénomènes est caractérisée par une absence apparente d'ordre, la coexistence d'échelles très différentes, l'impossibilité d'une reproduction et d'une prévision détaillées. Un tel comportement est qualifié de turbulent.

Les écoulements fluides en offrent les illustrations les plus courantes : rafales de vent ou tourbillons d'un torrent, etc. Les hydrauliciens, en particulier J. Boussinesq et O. Reynolds, ont identifié vers la fin du xixe siècle deux régimes d'écoulement, l'un régulier ou laminaire, l'autre irrégulier ou turbulent, jouissant de propriétés très différentes, notamment pour la diffusion des grandeurs attachées au fluide. La méthode statistique fut naturellement utilisée pour ce problème aux applications nombreuses et importantes, par des chercheurs comme L. Prandtl, G. I. Taylor, T. von Karman, A. N. Kolmogorov, A. A. Townsend, S. Corrsin et R. H. Kraichnan, mais elle n'a pas connu dans ce domaine un succès aussi complet que dans d'autres. Un écoulement turbulent établi combine en effet des structures tourbillonnaires dont les échelles couvrent une gamme large et continue, et qui sont toutes en forte interaction en raison de la non-linéarité des équations de la mécanique des fluides. L'effet des petites structures affecte donc le comportement des grosses, dont l'influence compromet simultanément l'universalité statistique des petites, marquées d'une forte intermittence interne.

L. Landau avait associé le chaos turbulent à la présence d'un très grand nombre de degrés de liberté, mis en jeu après un nombre équivalent de bifurcations des solutions des équations de Navier-Stokes. E. Lorenz puis D. Ruelle et F. Takens ont introduit des conceptions radicalement nouvelles sur la nature et le mécanisme d'apparition de la turbulence, qui étendent considérablement le domaine d'application de cette notion. On l'associe aujourd'hui à un comportement chaotique intrinsèque des systèmes d [...]

1 2 3 4 5

pour nos abonnés,
l’article se compose de 36 pages


Carte mentale

Élargissez votre recherche dans Universalis



Écrit par :

Classification


Autres références

«  TURBULENCE  » est également traité dans :

AÉRODYNAMIQUE

  • Écrit par 
  • Bruno CHANETZ, 
  • Jean DÉLERY, 
  • Jean-Pierre VEUILLOT
  •  • 7 225 mots
  •  • 7 médias

Dans le chapitre «  L'aérodynamique et la théorie »  : […] Une valeur très élevée du nombre de Reynolds entraîne une seconde difficulté liée au caractère turbulent de l'écoulement. 'Si on observe la couche limite qui se développe sur une plaque plane, on constate, lorsque le nombre de Reynolds augmente, que la structure de l'écoulement se désorganise, en passant d'un régime laminaire où l'écoulement est […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/aerodynamique/#i_20339

AÉRONOMIE

  • Écrit par 
  • Gaston KOCKARTS
  •  • 4 144 mots
  •  • 14 médias

Dans le chapitre «  Phénomènes de transport »  : […] ordres de grandeur plus faibles, mais sont fondamentaux pour comprendre la distribution verticale des constituants de l'atmosphère. Dans l'homosphère, la turbulence assure une décroissance identique avec l'altitude pour tous les constituants principaux (N2, O2, Ar). À la turbopause, vers 100 km d'altitude, la diffusion moléculaire permet une […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/aeronomie/#i_20339

ATMOSPHÈRE - Thermodynamique

  • Écrit par 
  • Christian PERRIN DE BRICHAMBAUT
  •  • 7 465 mots
  •  • 16 médias

Dans le chapitre « Effets de la rugosité du sol et de l'orographie »  : […] qu'une particule d'air se déplace, surtout au voisinage du sol, les phénomènes de turbulence interviennent pour accroître les possibilités de mélange et de diffusion. Toutes les échelles peuvent être envisagées, depuis les microturbulences liées au sillage aérodynamique d'un brin d'herbe jusqu'aux vastes tourbillons thermoconvectifs générateurs […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/atmosphere-thermodynamique/#i_20339

BERGÉ PIERRE (1934-1997)

  • Écrit par 
  • Louis BOYER, 
  • Monique DUBOIS-GANCE, 
  • Yves POMEAU
  •  • 827 mots
  •  • 1 média

l'ont conduit à des premières expérimentales. Dans une continuité logique, il aborda le domaine de la turbulence. Après 1975, le concept de chaos déterministe commençait à être connu des physiciens. Bergé a pressenti les conditions expérimentales les plus favorables pour le mettre en évidence. Avec ses collaborateurs, il découvrit ainsi […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/pierre-berge/#i_20339

CHAOS DÉTERMINISTE THÉORIE DU

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 318 mots

L'article « Sur la nature de la turbulence », publié en 1971 dans la revue Communications in Mathematical Physics, marque les débuts de la théorie du chaos déterministe. Le physicien belge David Ruelle et le mathématicien néerlandais Floris Takens y développent une vision nouvelle de la turbulence. Ils y […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/theorie-du-chaos-deterministe/#i_20339

DÉRIVÉES PARTIELLES (ÉQUATIONS AUX)  - Équations non linéaires

  • Écrit par 
  • Claude BARDOS
  •  • 10 861 mots
  •  • 4 médias

Dans le chapitre « Les équations de Navier-Stokes »  : […] mathématiques concernant les équations de Navier-Stokes sont reliés à différentes interprétations de la notion de turbulence. Lorsqu'on augmente expérimentalement le nombre de Reynolds d'un fluide (par exemple en augmentant les forces extérieures ou la vitesse des parois du récipient du fluide, ce qui par un changement d'inconnues se ramène à un […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/derivees-partielles-equations-aux-equations-non-lineaires/#i_20339

ÉNERGIES RENOUVELABLES

  • Écrit par 
  • Bernard CHABOT
  •  • 18 510 mots
  •  • 13 médias

Dans le chapitre « La technologie des aérogénérateurs »  : […] atteint le « décrochement aérodynamique » : les filets d'air ne glissent plus sur l'extrados de la pale mais y créent des turbulences ; de ce fait, Cz diminue brusquement, alors que Cx augmente. On a donc une baisse brutale du rendement énergétique de la pale, phénomène qui a pu être utilisé pour réguler la puissance de l'aérogénérateur à un […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/energies-renouvelables/#i_20339

EXOPLANÈTES - Méthodes de détection

  • Écrit par 
  • Anne-Marie LAGRANGE
  •  • 2 910 mots
  •  • 7 médias

Dans le chapitre « L’imagerie, méthode directe  »  : […] (appelée seeing). Cette dernière est d’autant plus étendue que la turbulence est importante, s’étalant bien au-delà des positions des exoplanètes à détecter. Vue de loin, la lumière d’une exoplanète semblable à Jupiter étant plusieurs millions de fois plus faible que celle de son étoile – une exoplanète comparable à la […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/exoplanetes/#i_20339

FLUIDE, physique

  • Écrit par 
  • Étienne GUYON
  •  • 1 356 mots

Dans le chapitre « Viscosité »  : […] qu'une étude quantitative en soit menée. La raison de ce décalage dans le temps est que, lorsque la vitesse est assez élevée, les forces de frottement fluide qui, dans un tube, se traduisent par la perte de charge (chute de pression par unité de longueur) sont principalement dues à la turbulence : la viscosité n'intervient qu'indirectement. Le […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/fluide-physique/#i_20339

FLUIDES MÉCANIQUE DES

  • Écrit par 
  • Jean-François DEVILLERS, 
  • Claude FRANÇOIS, 
  • Bernard LE FUR
  •  • 8 847 mots
  •  • 4 médias

Dans le chapitre « Couches limites turbulentes »  : […] Lorsque la turbulence est établie, les équations de Navier-Stokes demeurent valables pour décrire le mouvement instantané du fluide au sein de la couche limite, mais la résolution du problème devient impossible, du fait du caractère aléatoire des fluctuations de toutes les grandeurs physiques. C'est à Osborn Reynolds que […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/mecanique-des-fluides/#i_20339

FORME

  • Écrit par 
  • Jean PETITOT
  •  • 27 547 mots

Dans le chapitre « Dynamique qualitative et TCG »  : […] , etc. Mais il inclut également les travaux profonds et extensifs effectués sur la turbulence à partir de l'hypothèse de Ruelle-Takens. On commence à bien connaître la structure « chaotique » des « attracteurs étranges » que peuvent présenter génériquement les systèmes dynamiques généraux, et on peut les utiliser comme […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/forme/#i_20339

HYDRAULIQUE

  • Écrit par 
  • Pierre CORMAULT
  •  • 4 244 mots
  •  • 4 médias

Dans le chapitre « Divers types d'écoulement »  : […] laminaires, il faut citer la lubrification des paliers et la viscosimétrie. – Écoulements turbulents : dans ces écoulements, les vitesses sont sujettes à des fluctuations autour de leurs valeurs moyennes. Ils ne peuvent donc être permanents qu'en moyenne seulement. À chaque instant, le vecteur-vitesse V est la somme d' […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/hydraulique/#i_20339

KOLMOGOROV ANDREÏ NIKOLAÏEVITCH (1903-1987)

  • Écrit par 
  • Jean-Luc VERLEY
  •  • 1 416 mots
  •  • 1 média

Dans le chapitre « Mathématiques appliquées »  : […] de Hilbert (de dimension infinie) et a développé les bases théoriques correspondantes. Dans une série d'articles publiés dans les années 1939-1940, il met sur pied un corpus théorique solide permettant une description statistique des fluctuations à petites échelles de la turbulence. Les spécialistes la nomment la théorie K41 ; elle repose […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/andrei-nikolaievitch-kolmogorov/#i_20339

MATIÈRE (physique) - Plasmas

  • Écrit par 
  • Patrick MORA
  •  • 7 680 mots
  •  • 4 médias

Dans le chapitre «  Instabilités et turbulence dans les plasmas »  : […] être de même le siège de nombreux phénomènes instables, conduisant éventuellement à une turbulence développée. L'existence d'un grand nombre de types d'ondes dans les plasmas y rend possible des formes très variées d'instabilités et de turbulence. Les instabilités qui se développent dans un plasma sont toujours le résultat d'une situation hors […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/matiere-physique-plasmas/#i_20339

PHYSIQUE - Physique et informatique

  • Écrit par 
  • Claude ROIESNEL
  •  • 6 728 mots

Dans le chapitre « Turbulence  »  : […] ou tourbillons océaniques de quelques kilomètres à quelques centaines de kilomètres de diamètre jusqu'au vortex polaire s'étendant sur plusieurs milliers de kilomètres. C'est l'existence de structures cohérentes de toutes échelles, et la non-linéarité de leurs couplages, qui rend la théorie de la turbulence si compliquée […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/physique-physique-et-informatique/#i_20339

SOUFFLERIES

  • Écrit par 
  • Bruno CHANETZ
  •  • 6 234 mots
  •  • 11 médias

Dans le chapitre « Vers la soufflerie numérique ? »  : […] en compte les très lentes fluctuations temporelles (basses fréquences) de l’écoulement, mais pas les fluctuations temporelles rapides (hautes fréquences), qui concernent le régime turbulent de couche limite. Ce régime, le plus souvent rencontré dans la réalité, est modélisé dans ces codes au moyen d’une équation qui n’est pas universelle mais qui […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/souffleries/#i_20339

TORNADES & TROMBES

  • Écrit par 
  • Georges DHONNEUR
  •  • 1 964 mots
  •  • 10 médias

On donne le nom de tornade à un tourbillon de petite dimension mais de très forte intensité qui sévit sur les continents, plus particulièrement aux États-Unis et en Australie, plus rarement en Europe occidentale, en Inde, en Afrique et au Japon. Sa […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/tornades-et-trombes/#i_20339

Voir aussi

ABSORPTION physique    ASTROPHYSIQUE    ATTRACTEUR    ATTRACTEUR ÉTRANGE    RÉACTION DE BELOUSOV-ZHABOTINSKY    BIFURCATION mathématiques    JOSEPH BOUSSINESQ    CHAMP MAGNÉTIQUE    CONFINEMENT INERTIEL    CONFINEMENT MAGNÉTIQUE    COURANTS DE CONVECTION géophysique    ACCÉLÉRATION DE CORIOLIS    COSMOGONIE astrophysique    COUCHE LIMITE    COUCHE LIMITE PLANÉTAIRE    COUCHE MÉLANGÉE OCÉANIQUE    DENSITÉ biodémographie    DIFFUSION    DISPERSION chimie    THÉORIE DE LA DISTORSION RAPIDE    SCIENCE ÉCONOMIQUE    ÉCOULEMENTS    COUCHE D'EKMAN    ÉMISSION physique    FLAMME    FLUCTUATION physique    FLUIDE COMPRESSIBLE    TRANSFORMATION DE FOURIER    DIMENSION FRACTALE    FUSION THERMONUCLÉAIRE CONTRÔLÉE    ÉTAT GAZEUX    DOMAINE HYPERSONIQUE    INSTABILITÉ hydrodynamique    INSTABILITÉS physique des plasmas    ÉTAT LIQUIDE    NOMBRE DE MACH    MAGMAS    MODÈLE biologie    MODÈLE physique    TECHNIQUES DE MONTE-CARLO    ÉQUATIONS DE NAVIER-STOKES    SYSTÈME NON-LINÉAIRE    NOYAU géophysique    ONDE ou RAYONNEMENT ÉLECTROMAGNÉTIQUE    PHASES physico-chimie    ESPACE DES PHASES    PLASMAS    DYNAMIQUE DES POPULATIONS biologie    NOMBRE DE PRANDTL    PRÉVISION MÉTÉOROLOGIQUE    PROPAGATION DES ONDES    NOMBRE DE RAYLEIGH    RAYONNEMENT SOLAIRE    RÉACTIF chimie    NOMBRE DE REYNOLDS    NOMBRE DE REYNOLDS MAGNÉTIQUE    NOMBRE DE RICHARDSON    NOMBRE DE ROSSBY    ROTATION    ROTATION DE LA TERRE    THÉORIE DE RUELLE-TAKENS    SENSIBILITÉ AUX CONDITIONS INITIALES    SIMULATION    DOMAINE SUBSONIQUE    SYSTÈME SOLAIRE    SYSTÈMES DYNAMIQUES DIFFÉRENTIABLES    TOURBILLONS    ÉCOULEMENT TURBULENT    VENT SOLAIRE    VITESSE    VORTICITÉ

Pour citer l’article

Michel COANTIC, Fabien ANSELMET, Gérard TAVERA, « TURBULENCE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 15 août 2018. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/turbulence/