Première observation expérimentale de l'équilibre statistique des grandes échelles en turbulence

Trajectoires erratiques de traceurs de 50 μm dans un plan de 30 cm par 30 cm au sein d’une turbulence tridimensionnelle forcée par des agitateurs magnétiques de taille centimétrique. Ce dispositif expérimental, mis au point par des scientifiques du laboratoire Matière et Systèmes Complexes (MSC), permet de créer et d’étudier la turbulence en injectant de l’énergie dans un fluide. Pour cela, des petits aimants ont été introduits dans un fluide, dont la cuve est placée dans le champ magnétique alternatif d’un électroaimant qui met en mouvement ces aimants. Contrairement aux expériences classiques, l’énergie est ici injectée à des échelles beaucoup plus petites que la taille de la cuve. L’objectif est d’étudier la dynamique de l’écoulement aux grandes échelles, c’est-à-dire aux échelles plus grandes que celle de l’injection d’énergie. Les scientifiques du laboratoire MSC ont ainsi pu observer qu’aux grandes échelles, tous les modes de la turbulence tridimensionnelle possèdent la même énergie. Ce régime d'équipartition, ou régime dit d'équilibre statistique, a été prédit théoriquement dès 1952 mais n'avait pas été observé jusqu'à présent expérimentalement. Les résultats ouvrent la voie à une meilleure description des écoulements turbulents à grande échelle, avec des applications potentielles à la modélisation du climat, de la dispersion de polluants, ou encore de mélangeurs industriels.