TURBULENCE

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Turbulences : exemples de bifurcations

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Turbulence : exemple de tore T6

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Turbulence : le système de Lorenz et la SCI

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Turbulence: un exemple de S.C.I.

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Quelques exemples de comportements turbulents

La nature des systèmes dynamiques étant absolument quelconque, les comportements qui viennent d'être évoqués s'observent pour les phénomènes les plus variés, dont ils expliquent l'apparence aléatoire. On y retrouve le scénario des bifurcations, en fonction de facteurs externes, d'un état uniforme à un état structuré spatialement et/ou temporellement, puis à un état pleinement turbulent, correspondant au passage des attracteurs d'un point à un tore, puis à un attracteur étrange. Le régime turbulent atteint, les fluctuations du système prennent une importance déterminante dans sa structure comme dans son évolution : irrégularité spatiale et/ou temporelle liée au comportement chaotique, imprédictibilité et non-proportionnalité des effets aux causes liées à la S.C.I. Les catastrophes de toutes natures peuvent encore s'interpréter comme traduisant l'occurrence plus ou moins renouvelable de valeurs extrêmes de ces fluctuations, ou bien comme résultant du passage d'un bassin attracteur à un autre. Réservant pour les chapitres suivants le très vaste domaine des écoulements fluides, nous allons pouvoir citer, sans pour autant être exhaustifs, des sujets assez variés, démontrant ainsi que le comportement turbulent doit être considéré comme habituel plutôt qu'exceptionnel.

Systèmes mécaniques et électromécaniques

Avec sa régularité apparemment immuable, le mouvement des planètes du système solaire a très longtemps constitué l'archétype du processus périodique, à tel point qu'il fournissait encore récemment la base de l'étalon de mesure du temps. On sait aujourd'hui que le déplacement sur son orbite d'une planète comme la Terre est en fait chaotique, par suite de la présence dans le système solaire de plus de deux corps célestes en interaction. Cela n'est évidemment pas sensible à l'échelle de la vie humaine, mais rend totalement impossible la prévision (comme la reconstitution) des positions planétaires à l'échelle d'une centaine de millions d'années. Ce type de conclusion s'étend évidemment à l'ensemble de la dynamique céleste.

Le problème des trois corps et le chaos

Le problème des trois corps et le chaos

Dessin

C'est à propos du problème classique du mouvement de trois corps célestes en interaction newtonienne que H. Poincaré a donné en 1890 la première démonstration rigoureuse de la possibilité d'un comportement chaotique : la représentation ci-dessus (tirée de E. Lorenz, 1993) illustre un cas... 

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AÉRODYNAMIQUE

  • Écrit par 
  • Bruno CHANETZ, 
  • Jean DÉLERY, 
  • Jean-Pierre VEUILLOT
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Dans le chapitre «  L'aérodynamique et la théorie »  : […] Les équations dites de Navier-Stokes 'constituent le principal modèle mathématique de l'aérodynamique « classique », c'est-à-dire limitée au régime continu pour lequel les échelles de longueur caractéristiques sont grandes par rapport au libre parcours moyen des molécules et à des niveaux d'énergie excluant les interactions physico-chimiques des molécules d'azote et d'oxygène constituant l'air. C […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/aerodynamique/#i_20339

AÉRONOMIE

  • Écrit par 
  • Gaston KOCKARTS
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Dans le chapitre «  Phénomènes de transport »  : […] La distribution des constituants atmosphériques soumis à l'action du rayonnement solaire et impliqués dans de nombreuses réactions chimiques ne peut pas être évaluée en faisant uniquement un bilan des productions et des pertes. Il faut aussi tenir compte des phénomènes de transport capables de modifier fortement la répartition en altitude et en latitude des constituants de l'atmosphère. Il y a lie […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/aeronomie/#i_20339

ATMOSPHÈRE - Thermodynamique

  • Écrit par 
  • Christian PERRIN DE BRICHAMBAUT
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Dans le chapitre « Effets de la rugosité du sol et de l'orographie »  : […] Aussitôt 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 des nuages d'orage. Si nous considérons ici […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/atmosphere-thermodynamique/#i_20339

BERGÉ PIERRE (1934-1997)

  • Écrit par 
  • Louis BOYER, 
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Pierre Bergé, chercheur et expérimentateur talentueux, fut un grand physicien dans le domaine de la matière condensée. Originaire de Pau, il fit ses études supérieures à l'École centrale de Nantes. Toute sa carrière de physicien fut effectuée au Commissariat à l'énergie atomique, centre d’études de Saclay, où il entra en 1957. Il y exerça les fonctions de chef du service de l'état condensé de 1979 […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/pierre-berge/#i_20339

CHAOS DÉTERMINISTE THÉORIE DU

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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 analysent des modèles mathématiques de systèmes qui dissipent une part […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/theorie-du-chaos-deterministe/#i_20339

DÉRIVÉES PARTIELLES (ÉQUATIONS AUX) - Équations non linéaires

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Dans le chapitre « Les équations de Navier-Stokes »  : […] Le chapitre précédent était consacré aux systèmes hyperboliques non linéaires, domaine où la différence entre le comportement des problèmes linéaires et les comportements des problèmes non linéaires apparaît de manière très évidente. Mais ces systèmes présentent les inconvénients suivants : Il n'existe que des résultats partiels et la plupart des questions restent largement ouvertes. Les applicati […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/derivees-partielles-equations-aux-equations-non-lineaires/#i_20339

ÉNERGIES RENOUVELABLES

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Dans le chapitre « La technologie des aérogénérateurs »  : […] L'aérogénérateur ne peut pas extraire la totalité de l'énergie cinétique du vent. Une première limitation théorique est la limite de Betz, du nom du chercheur qui a démontré que la puissance maximale extractible d'une veine de vent stable est au maximum de 16/27 (soit 59 p. 100) de la puissance théorique. Ensuite, l'aérogénérateur a un rendement global, par rapport à cette limite de Betz, inféri […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/energies-renouvelables/#i_20339

EXOPLANÈTES - Méthodes de détection

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FLUIDE, physique

  • Écrit par 
  • Étienne GUYON
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Dans le chapitre « Viscosité »  : […] Au plan macroscopique, la première manifestation d'un liquide est la viscosité dont on fait spontanément l'expérience quand, pour tester les caractéristiques d'une huile, on en place une goutte entre deux doigts qu'on déplace parallèlement l'un par rapport à l'autre. Dans cette opération, dite de cisaillement, on évalue la force de résistance au mouvement. Elle est proportionnelle aux aires des su […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/fluide-physique/#i_20339

FLUIDES MÉCANIQUE DES

  • Écrit par 
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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 revient l'idée d'introduire dans ces mêmes équations la décomposition en val […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/mecanique-des-fluides/#i_20339

FORME

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HYDRAULIQUE

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KOLMOGOROV ANDREÏ NIKOLAÏEVITCH (1903-1987)

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Dans le chapitre « Mathématiques appliquées »  : […] Kolmogorov a consacré de nombreuses publications aux équations aux dérivées partielles de la physique. Les équations de Navier-Stockes étaient le prototype des équations qui interviennent dans l'étude de la réaction-diffusion, la turbulence et la mécanique statistique. En 1931, Kolmogorov a introduit une vaste classe d'équations aux dérivées partielles dont le champ naturel est l'espace de Hilber […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/andrei-nikolaievitch-kolmogorov/#i_20339

MATIÈRE (physique) - Plasmas

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Dans le chapitre « Turbulence  »  : […] Maints systèmes physiques dans l'Univers sont des fluides. Notre compréhension de la Terre, des planètes, des étoiles et des galaxies dépend crucialement de la dynamique des fluides. Cette discipline mathématique est à la base des développements en météorologie, en océanographie et même en astrophysique. L'observation des fluides astronomiques montre une grande richesse de structures dynamiques, […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/physique-physique-et-informatique/#i_20339

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  • Écrit par 
  • Jean-Pierre CHALON
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Les tornades et les trombes sont des colonnes d'air tourbillonnant en forme de colonne tubulaire ou de cône renversé qui se développent sous la base de certains nuages d’orage . Tornade, trombe ou trombe marine, ces termes désignent le même phénomène météorologique, mais le premier est plus souvent utilisé pour les tourbillons se produisant au-dessus de surfaces terrestres, et les seconds au-dessu […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/tornades-et-trombes/#i_20339

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Pour citer l’article

Gérard TAVERA, Michel COANTIC, Fabien ANSELMET, « TURBULENCE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 09 novembre 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/turbulence/