L'écoulement turbulent des superfluides

Publié par Adrien le 07/04/2021 à 09:00
Source: CNRS INSU
Lorsque l'on pense à une tornade, on imagine souvent un long filament qui se déplace dans l'espace, entraînant tout ce qui se trouve sur son passage. Appelées vortex par les physiciens, ces formes sont présentes en grande quantité dans les fluides dont l'écoulement est tourbillonnaire: les fluides turbulents. Ceux-ci se rencontrent à toutes les échelles de notre univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.), aussi bien dans l'espace que dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) ou dans les océans (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par...)... jusque dans la tasse de café que l'on remue avec une petite cuillère ! Pour mieux comprendre ce phénomène de turbulence (La turbulence désigne l'état d'un fluide, liquide ou gaz, dans lequel la vitesse...), les scientifiques mesurent la vitesse (On distingue :) de rotation des liquides soumis à un tel écoulement, et dénombrent les vortex qui s'y forment. Cela leur permet de définir la circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles...) de ces écoulements turbulents, quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) qui dépend de l'échelle étudiée.


Superfluide turbulent (Le HMS Turbulent (n° de coque : S 87) est un bâtiment de la classe Trafalgar de sept...) issu d'une simulation numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information...) à haute résolution, chaque petit filament correspondant à un vortex quantique qui interagit avec tous les autres.

Une équipe de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) s'est intéressée à la turbulence d'une classe très exotique de fluides appartenant au monde (Le mot monde peut désigner :) quantique: les superfluides. Ces substances, parmi lesquelles on peut compter certains gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) présents dans le coeur des étoiles, ont des propriétés bien spécifiques. Elles s'écoulent par exemple sans aucune friction car, grâce aux effets quantiques, leur viscosité est identiquement nulle.

L'étude a montré que la turbulence des superfluides est similaire sous certains aspects à la turbulence des fluides classiques, notamment en ce qui concerne la circulation aux échelles classiques. Néanmoins, on retrouve des différences importantes aux plus petites échelles. Ce travail de recherche fondamentale (La recherche fondamentale regroupe les travaux de recherche scientifique n'ayant pas de finalité...) renforce l'idée selon laquelle la turbulence quantique est en quelque sorte le squelette (Le squelette est une charpente animale rigide servant de support pour les muscles. Il est à la...) de la turbulence classique que l'on observe dans les écoulements naturels. L'approfondissement de nos connaissances de la turbulence va permettre d'améliorer la modélisation de ces écoulements turbulents que l'on trouve partout dans l'univers.

En savoir plus:
Intermittency of Velocity Circulation in Quantum (En physique, un quantum (mot latin signifiant « combien » et qui s'écrit...) Turbulence - Phys. Rev. X 11, 011053 (2021)
Nicolás P. Müller, Juan Ignacio Polanco et Giorgio Krstulovic.
https://doi.org/10.1103/PhysRevX.11.011053
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