21 Novembre 2011

2008 : des vagues sur un océan sans gravité

La turbulence d’onde est le nom donné aux mouvements désordonnés de la surface d’un liquide, comme les vagues sur l’océan. Ces mouvements ont des caractéristiques statistiques qui ont été pour la première fois étudiées sans les effets parasites de la gravité lors de vols paraboliques d’avion.

 

Image de vaguelettes

50 ans de résultats scientifiques

2008 : des vagues sur un océan sans gravité.

La meilleure compréhension de ces phénomènes permet une description plus précise du climat ou de l’énergie renouvelable contenue dans les ondes de surface des océans.

Les mouvements à la surface d’un liquide sont dus à plusieurs facteurs : une perturbation extérieure (le vent pour l’océan) qui alimente le mouvement, et des forces de rappel qui ont tendance à ramener la surface dans sa position initiale, plane ou sphérique. Ces forces de rappel sont de deux types : le poids du liquide (dû à la gravité) et la tension de surface (comme pour un ballon ou la surface d’un trampoline).

Pour une excitation donnée, la turbulence d’onde est le résultat de la compétition entre source de mouvement et forces de rappel.

Dans le cas de l’océan, les deux phénomènes de rappel sont inséparables et il est impossible de supprimer la gravité ou la tension de surface. Avant ces expériences en microgravité, on ne connaissait pas les propriétés statistiques du mouvement de la surface des océans sans la force de rappel de la gravité, c’est-à-dire en présence seule des forces de tension de surface.

 

Supprimer la gravité

Supprimer les effets de gravité peut se faire certes en laboratoire en géométrie plane en étudiant les mouvements de la surface de séparation entre deux liquides de même poids par exemple. Mais alors on ne peut supprimer les effets perturbateurs de la réflexion des ondes sur les frontières du récipient qui contient les deux fluides.

La solution pour simuler les mouvements à la surface des océans sans gravité a été fournie par la possibilité d’expérimenter au cours de vols paraboliques de l’avion A300 de la société Novespace. Dans ces conditions, les fluides n’ont plus de poids et il est possible de supprimer la force de rappel de la gravité.

La micropesanteur a permis d’étudier la turbulence d’ondes à la surface d’un fluide couvrant la paroi interne d’une sphère transparente animée d’un mouvement oscillatoire (source de mouvement) (voir ci-contre).

Cette configuration permet non seulement de s’affranchir des réflexions des ondes sur les frontières mais aussi d’étudier le phénomène d’ondes capillarité pure, sans la force de rappel de la gravité. En l’absence de gravité seule la tension de surface contribue à la turbulence d’onde.

Cette expérience a donc réalisé un modèle de laboratoire d’un océan situé à la surface d’une planète sans gravité. Les informations recueillies sont tout-à-fait générales et cette expérience contribuera à une meilleure compréhension de ces phénomènes pour obtenir des descriptions plus précises du climat ou de l’énergie renouvelable contenue dans les ondes de surface des océans.

Contacts

  • Responsable de la thématique Sciences de la matière en microgravité : Bernard Zappoli

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