TURBULENCE
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La turbulence en sciences de la Terre
Puisqu'elle y contrôle les transports et les échanges d'énergie et de matière, c'est en définitive la turbulence qui conditionne notre environnement global en fixant son équilibre dynamique, que l'on peut craindre fragile. Cette intervention de la turbulence, qui s'observe des couches profondes de la lithosphère jusqu’aux niveaux supérieurs de l’atmosphère et à des échelles spatiales et temporelles extrêmement variées, est une difficulté majeure pour la prévision de l'évolution de l'écosphère.
Les facteurs essentiels
– L'échelle considérée. Les processus turbulents s'étendent du dixième de millimètre jusqu'à plusieurs milliers de kilomètres : un ordre de grandeur de 1 à 1010. L'échelle horizontale maximale L des enveloppes fluides externes est de 100 à 1 000 kilomètres, alors que l'échelle verticale H est de l'ordre de 1 (pour l'océan) à 10 (pour l'atmosphère) kilomètres, et souvent même moins en raison d'une stratification stable. Les mouvements de grande échelle ou synoptiques, se déroulant dans de minces coquilles sphériques, sont donc quasi bidimensionnels et hydrostatiques, ceux de petite échelle sont les seuls à présenter une turbulence tridimensionnelle et non hydrostatique. Pour les masses « fluides » (manteau et noyau) internes, les échelles horizontale et verticale sont de l'ordre du millier de kilomètres.
Quelques chiffres caractéristiques des milieux géophysiques
Tableau
Géophysique : quelques chiffres caractéristiques des milieux (adapté de Nataf et Sommeria, complété).
Crédits : Encyclopædia Universalis France
– Les variations de la masse spécifique, en combinaison avec la gravité. La densité des fluides géophysiques dépend de leur température, de leur pression et enfin de leur teneur en éléments mineurs (humidité, salinité, minéraux...). Lorsque la stratification est stable (fig. 3.2), la force d'Archimède conduit au développement d'ondes internes gravitaires à la fréquence de Brunt-Väisälä, N, mais inhibe les mouvements turbulents verticaux et les flux associés : il en résulte une turbulence bi-dimensionnelle dans des couches horizontales qui peuvent être découplées les unes des autres. Inversement, si la stratification est instable, des mouvements de convection prennent naissan [...]
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l’article se compose de 36 pages
Écrit par :
- Fabien ANSELMET : directeur de recherche au C.N.R.S.
- Michel COANTIC : professeur émérite à l'université de la Méditerranée
- Gérard TAVERA : directeur d'études ESM2
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Pour citer l’article
Fabien ANSELMET, Michel COANTIC, Gérard TAVERA, « TURBULENCE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 04 février 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/turbulence/