Le sillage des bateaux similaire à celui des avions supersoniques ?
Publié par Adrien le 28/05/2013 à 12:00
Source: CNRS

Un chasseur américain passe le mur du son au dessus du Pacifique
Canard ou bateau, les objets se déplaçant à la surface d'un liquide créent un sillage de vagues formant un "V". Deux enseignants-chercheurs du laboratoire Fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui sont des fluides peu compressibles. Dans certaines...), Automatique (L'automatique fait partie des sciences de l'ingénieur. Cette discipline traite de la modélisation, de l'analyse, de la commande et, de la régulation des...) et Système Thermiques (FAST – Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission...) Paris-Sud/UPMC/CNRS) viennent de montrer que l'angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) du "V" décroit en fonction de la vitesse (On distingue :) de déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant...), d'une façon étonnamment similaire au cône de Mach d'un avion (Un avion, selon la définition officielle de l'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI), est un aéronef plus lourd que l'air, entraîné par un organe moteur (dans le cas...) supersonique (Supersonique signifie « supérieur à la vitesse du son ».), bien que les régimes de propagation des ondes (La propagation des ondes est un domaine de la physique s'intéressant aux déplacements des ondes électromagnétiques dans les milieux. On distingue...) sonores et des ondes de gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) restent très différents.

Lord Kelvin (Le kelvin (symbole K, du nom de Lord Kelvin) est l'unité SI de température thermodynamique. Par convention, les noms d'unité sont des noms communs et s'écrivent en minuscule...) explique, dès 1887, que l'angle "V" formé par un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est...) se déplaçant à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) d'un liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) est constant, indépendamment de la taille et de la vitesse de l'obstacle. Il démontre également que la valeur de l'angle est exactement 38,94°. Le sillage en "V" semblait donc un phénomène parfaitement connu et expliqué, tellement connu qu'il n'a plus été étudié, bien que certaines photos montrent à l'évidence des angles de sillage plus étroits pour des objets rapides.

Deux enseignants-chercheurs du laboratoire FAST ont rassemblé et étudié des photos aériennes de sillages étroits. L'analyse des images montre que ce phénomène se produit dès qu'un objet se déplace plus vite que les ondes les plus rapides qu'il émet, celles qui ont pour longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de l’objet complètement...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) la taille de l'objet. Et plus l'objet est rapide, plus l'angle du sillage se referme. Pour l'expliquer, les scientifiques sont allés au-delà de la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une...) de Kelvin. La modélisation et les simulations numériques qu'ils ont effectuées expliquent que l'angle du V n'est plus constant mais décroit comme l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un...) de la vitesse de déplacement. Ce phénomène observé pour le sillage laissé par un objet se déplaçant à la surface d'un liquide ressemble de façon étonnante à l'onde de choc (Une onde de choc est un type d'onde, mécanique ou d'une autre nature, associé à l'idée d'une transition brutale. Elle peut prendre la forme d'une vague de haute pression, et elle est alors souvent créée par une...) créée par un avion supersonique lorsqu'il franchit le mur (Un mur est une structure solide qui sépare ou délimite deux espaces.) du son (le cône de Mach) bien que les régimes de propagation des ondes sonores et des ondes de gravité restent très différents.

Ces sillages étroits sont observés lorsque la coque est au "planing", c'est-à-dire lorsqu'elle est en partie sortie de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) à cause de la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale »...) de portance générée par la vitesse de l'eau sous la coque. Ceci était sans doute rare à l'époque de Kelvin, mais curieusement son résultat n'avait pas été remis en cause bien que les navires rapides soient bien plus courants de nos jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du...) !
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