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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Une rupture épistémologique

Après plus d'un siècle de recherches sur la turbulence des écoulements fluides, l'ingénieur ou le modélisateur dispose aujourd'hui d'une vaste panoplie de méthodes permettant de résoudre avec une précision suffisante la majorité des problèmes qu'il rencontre, en s'appuyant notamment sur les possibilités énormes du calcul numérique et la simulation des grosses structures qui réduit l'échelle à laquelle les fluctuations sont traitées statistiquement.

Pour le physicien, il s'agit plutôt de combiner les approches réductionniste (identification de structures ou de modes) et statistique pour construire une mécanique macroscopique de la turbulence fluide qui soit une représentation utilisable de la réalité. On a vu que cette démarche, analogue à celle qui a permis de passer des équations de Boltzmann à celles de Navier-Stokes, se heurte à l'absence d'une séparation nette des micro- et macro- échelles, en raison de la présence d'une gamme continue de structures en forte interaction réciproque. Certaines d'entre elles étant nécessairement spécifiques des conditions particulières à l'écoulement considéré, le comportement de la turbulence ne peut être rigoureusement universel. Bien des années seront sans doute encore nécessaires avant que l'on sache tenir correctement compte des effets sur ces petites échelles de l'intermittence interne et de facteurs comme des Re limités et des écarts globaux à l'homogénéité et l'isotropie. Il faudra d'ailleurs vraisemblablement recourir à des « théories » différentes pour des « types de turbulence » différents : à 2 ou 3 dimensions, avec ou sans rotation ou hélicité, etc.

On admet généralement que les lois microscopiques de la turbulence sont décrites par les équations de Navier-Stokes : c'est donc, entre autres, au niveau de leur résolution que se situe le problème pour le mathématicien. Paraphrasant P. Dirac, P. Bradshaw a pu définir l'étude de la turbulence comme l'art de « comprendre » ces équations sans réellement les résoudre : on ne possède en effet pratiquement aucun résultat rigoureux sur leurs solutions [...]


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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

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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

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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)

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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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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

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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

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Pour citer l’article

Gérard TAVERA, Michel COANTIC, Fabien ANSELMET, « TURBULENCE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 07 novembre 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/turbulence/