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L'écoulement des fluides autour d'un objet peut être considérablement modifié lorsque la vitesse augmente au-delà d'une valeur critique. La force de traînée, qui s'oppose au mouvement du corps, connaît alors une brusque décroissance. Des chercheurs de l'IRENav et du laboratoire FAST ont montré que cette crise de traînée était accompagnée au même moment, pour les objets asymétriques, d'une crise de portance. Il s'agit d'une force qui s'exerce dans la direction perpendiculaire à la force de traînée et permet, entre autres, aux avions de voler. Ces travaux sont publiés dans Physical Review Letters.
Quand un corps se déplace dans un fluide, la force de traînée s'oppose à son mouvement et augmente sensiblement comme le carré de la vitesse relative. On sait cependant, depuis les observations de Gustave Eiffel en 1914, que cette force diminue brusquement quand on dépasse une vitesse critique. Cette "crise de traînée" explique, par exemple, pourquoi les balles de golf parcourent d'aussi grandes distances lorsqu'elles sont frappées suffisamment fort. Des chercheurs du laboratoire Fluides, automatique et systèmes thermiques (FAST, CNRS/Université Paris-Sud) et de l'Institut de recherche de l'École navale (IRENav) ont cependant constaté que, pour les objets asymétriques latéralement, la crise de traînée s'accompagne d'une forte amplification de la portance.
Champ de vitesse moyenné dans le temps pour un obstacle en forme de demi-cylindre: en haut, au-dessous de la vitesse critique et en bas, au-dessus de la vitesse critique.
Les chercheurs ont utilisé des objets de diverses formes non symétriques, par exemple un demi-cylindre placé dans un écoulement horizontal, face arrondie vers le haut. Par des techniques d'imagerie laser, ils ont observé que les lignes d'écoulement se modifient brutalement à partir d'une certaine vitesse. Cela provoque en même temps les crises de traînée et de portance. Jusqu'alors très faible et dirigée vers le bas, la portance change de sens et s'amplifie fortement. Dans le cas présent, il n'y a pas d'angle d'incidence de l'objet et seule l'augmentation de la vitesse déclenche la crise. La mise en évidence de ce phénomène pourrait conduire à diverses applications: détecteurs de vitesse, systèmes de contrôle passif de stabilité ou à des actionneurs, par exemple pour fermer une vanne quand le débit devient trop important dans une conduite.
Références publication:
Sharp Transition in the Lift Force of a Fluid Flowing Past Nonsymmetrical Obstacles: Evidence for a Lift Crisis in the Drag Crisis Regime
Patrick Bot, Marc Rabaud, Goulven Thomas, Alessandro Lombardi, and Charles Lebret
Phys. Rev. Lett. 117, 234501
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.117.234501
Contacts chercheurs:
Marc Rabaud - FAST
Patrick Bot - IRENav