Mathématiciens et physiciens s'associent pour prédire la turbulence d'ondes

Publié par Adrien le 23/09/2019 à 08:00
Source: CNRS INSIS
La théorie de la turbulence d'ondes a des champs d'application très vastes: en optique, dans l'océan, au coeur des planètes ou encore en astrophysique. Un projet international et interdisciplinaire entre sciences mathématiques et physiques, impliquant plusieurs chercheurs du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...), a été lancé afin d'approfondir les connaissances sur cette théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...). Il vise, à terme, l'amélioration des modèles de météorologie (La météorologie a pour objet l'étude des phénomènes atmosphériques...) des vagues ou l'étude des plasmas magnétisés dans les réacteurs nucléaires.


La plateforme sera utilisée dans le projet pour l'étude des écoulements stratifiés en densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) pour la modélisation de la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...) interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la...) des océans.
© Cyril FRESILLON/LEGI/CNRS Photothèque Expérience de turbulence (La turbulence désigne l'état d'un fluide, liquide ou gaz, dans lequel la vitesse...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...) dans la plateforme Coriolis du LEGI à Grenoble.

La théorie de la turbulence d'ondes correspond à la superposition (En mécanique quantique, le principe de superposition stipule qu'un même état quantique peut...) d'une grande variété d'ondes échangeant constamment de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) entre elles. Bien que les chercheurs l'utilisent pour étudier de nombreux phénomènes physiques, cette théorie est régulièrement mise en défaut par les observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) expérimentales. Un nouveau projet international, lancé pour quatre ans, regroupant mathématiciens, physiciens théoriciens et physiciens expérimentateurs, vise à lever les incertitudes autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de son application.

Un des axes centraux du projet international est ainsi de partager le savoir empirique des physiciens avec des mathématiciens. Les échanges porteront sur des résultats expérimentaux ou numériques mais aussi sur les problèmes associés à l'application de la théorie qui impose aux chercheurs plusieurs approximations plus ou moins réalistes sur le comportement des ondes (taille de domaine d'étude considéré comme infini (Le mot « infini » (-e, -s ; du latin finitus,...), etc.). En effet, l'approche par les mathématiques (Les mathématiques constituent un domaine de connaissances abstraites construites à l'aide...) pourrait permettre de valider certains aspects de la théorie existante mais aussi de faire émerger de nouvelles relations entre des paramètres d'études. Pour cela, des recherches s'appuieront sur des études théoriques et/ou expérimentales en mécanique des fluides (La mécanique des fluides est la branche de la physique qui étudie les écoulements de fluides...), en physique statistique (La physique statistique a pour but d'expliquer le comportement et l'évolution de systèmes...), en théorie des équations (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement...) aux dérivées partielles ou en théorie des probabilités (La théorie des probabilités est l'étude mathématique des phénomènes...).

Les résultats qui en découleront seront particulièrement importants car la théorie de la turbulence s'applique à un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) d'ondes. Les vagues à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) des océans en sont un exemple typique. Elle intéresse également l'étude des plasmas soumis à un champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux...) intense comme dans le réacteur nucléaire (Un réacteur nucléaire est un dispositif dans lequel une réaction en chaîne est...) Iter où la turbulence d'ondes dégrade le confinement indispensable à l'initiation de la fusion nucléaire (La fusion nucléaire (dite parfois thermonucléaire) est, avec la fission, l’un des...). Les plasmas magnétisés existent aussi dans la nature et sont présents dans les vents solaires qui peuvent endommager les installations spatiales. D'autres champs comme les ondes internes dans l'océan (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par...), les ondes gravitationnelles et l'optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...) sont également concernés. Le but ultime du projet est de donner des bases rigoureuses à la théorie pour améliorer les modèles prédictifs.

Ce projet, dirigé par J. Shatah (NYU), a récemment obtenu un financement de 8 millions de dollars par la Fondation Simons de New York (New York , en anglais New York City (officiellement, City of New York) pour la distinguer de...). En France, le consortium regroupe des chercheurs du CNRS, des Écoles Normales Supérieures de Lyon et de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...), de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) Grenoble Alpes, de l'Université Paris-Diderot et d'Inria. Ils collaboreront avec leurs collègues américains et italiens.
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