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Posté par Redbran le Dimanche 06/08/2017 à 00:00
La turbulence commune des particules et des footballeurs
Agités et turbulents les footballeurs ? Ce n'est pas la sociologie qui le dit, mais la mécanique des fluides. En étudiant les trajectoires de particules fluides dans un écoulement turbulent, des chercheurs de l'Institut universitaire des systèmes thermiques industriels, du Laboratoire de mécanique des fluides (La mécanique des fluides est la branche de la physique qui étudie les écoulements de fluides c'est-à-dire des liquides et des gaz lorsque ceux-ci subissent des...) et d'acoustique (L’acoustique est une branche de la physique dont l’objet est l’étude des sons et des ondes mécaniques. Elle fait appel aux...) et de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter...) de mathématiques (Les mathématiques constituent un domaine de connaissances abstraites construites à l'aide de raisonnements logiques sur des concepts tels que les nombres, les...) de Marseille ont mesuré des comportements similaires aux mouvements des sportifs en plein match. Ces travaux, qui soulignent l'effet du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) et du confinement sur les trajectoires des particules, sont publiés dans la revue Physical Review Fluids.

Chaotiques et imprévisibles, les écoulements turbulents ne peuvent être décrits que par des modèles statistiques (La statistique est à la fois une science formelle, une méthode et une technique. Elle comprend la collecte, l'analyse, l'interprétation de données ainsi que la présentation de ces ressources afin de les rendre...). Le monde (Le mot monde peut désigner :) de la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la...) tente depuis des décennies de les affiner le mieux possible. Ces modèles se sont longtemps concentrés sur l'évolution de la vitesse (On distingue :) des particules, mais s'intéressent aussi à leurs changements de trajectoires depuis que la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) permet de les suivre. Des chercheurs de l'Institut universitaire des systèmes thermiques industriels (IUSTI, CNRS/Aix-Marseille Université), du Laboratoire de mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons,...) des fluides et d'acoustique (LMFA, CNRS/École Centrale de Lyon/Université Claude Bernard/INSA Lyon) et l'Institut de mathématiques de Marseille (I2M, CNRS/Aix-Marseille Université/École Centrale Marseille) ont montré que, dans les écoulements en deux dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une...), les mouvements des particules étaient autant influencés par le temps et les bordures physiques que le sont les actions des footballeurs sur un terrain.

Bien que dépourvues d'objectifs ou de missions, les particules fluides restent sujettes aux lois de la thermodynamique (On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la chaleur et des machines thermiques ou la science des grands systèmes en équilibre. La première définition est aussi la première dans l'histoire. La seconde...) et leurs mouvements n'ont rien d'aléatoires. Le changement d'angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) moyen de leur trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) dépend de l'écoulement du temps et est affecté si les particules évoluent dans un espace confiné. De la même manière, les sportifs sont contraints par les lignes de touche et, si on les observe du dessus, se déplacent eux aussi en deux dimensions. Les chercheurs ont constaté ces similitudes grâce aux trajectoires de ces sportifs enregistrées pendant un match d'entraînement. Ces travaux aident à mieux comprendre les statistiques qui régissent les trajectoires des particules, et donc à améliorer les modèles de turbulence (La turbulence désigne l'état d'un fluide, liquide ou gaz, dans lequel la vitesse présente en tout point un caractère tourbillonnaire : tourbillons dont la taille,...).


© LMFA
Trajectoires de 4 joueurs lors d'un match de foot.

Références:
Directional change of fluid particles in two-dimensional turbulence and of football players
Benjamin Kadoch, Wouter J. T. Bos, and Kai Schneider
Phys. Rev. Fluids 2, 064604 (9 juin 2017)
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevFluids.2.064604


Contact chercheur:
Wouter Bos – LMFA
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