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Leonardo de Vinci, le Renaissant toscan, a décrit le phénomène de turbulence avec 4 siècles d’avance…

Italie | 28 août 2009 | src.Al Oufok
Florence - Le sourire de la Joconde évoque une sérénité indéfinissable. Pourtant, sous le crâne de son auteur les idées bouillonnaient en tous sens. Léonard de Vinci ne fut pas seulement l’un des maîtres de la peinture de la Renaissance italienne, créateur notamment de la technique du sfumato qui donne aux objets un contour vaporeux. Il est aussi connu comme l’un des inventeurs les plus prolifiques de l’Histoire, concevant des engins de guerre aussi bien que des machines volantes, des ponts, un chauffage solaire et peut-être même une calculatrice... même si la plupart de ses inventions ne furent jamais réalisées. Il contribua également au progrès des connaissances scientifiques, particulièrement en anatomie grâce à de nombreuses dissections.

Est-ce à cause de ce flot tumultueux de pensées qu’il s’est intéressé aux mouvements des fluides ? En tout cas, il fut le premier à étudier précisément la formation de tourbillons dans l’eau ou l’air qui s’écoule autour d’un obstacle, phénomène auquel il donna son nom actuel de "turbulence". Fidèle à son habitude, il n’en chercha pas d’explication théorique mais en donna d’excellentes descriptions et des dessins d’une grande finesse.

La compréhension de la turbulence ne progressa guère ensuite pendant près de 400 ans.

Il faut attendre 1883 pour que l’ingénieur irlandais Osborne Reynolds, après avoir étudié systématiquement l’écoulement de différents fluides dans des tuyaux, établisse une règle pour prédire si un écoulement sera "laminaire" (toutes les parties du fluide se déplacent dans la même direction) ou "turbulent" (avec des tourbillons dans lesquels la direction du mouvement change sans cesse).
En combinant la vitesse de l’écoulement, la dimension des obstacles qui le limitent - par exemple le diamètre du tuyau – et une propriété du fluide appelée "viscosité cinématique" qui mesure sa résistance au mouvement, Reynolds définit un nombre caractéristique de l’écoulement : si le nombre de Reynolds est petit, l’écoulement sera laminaire, si le nombre est grand, il sera turbulent.
Ce résultat est encore employé quotidiennement par les ingénieurs qui conçoivent des tuyauteries aussi bien que des carrosseries de voitures, des coques de navires ou des ailes d’avions.

Une étape importante est franchie en 1941 par le mathématicien russe Andreï Kolmogorov. Celui-ci ne se contente plus de décrire globalement un écoulement turbulent mais s’intéresse aux caractéristiques des différents tourbillons qui le composent, comme leur taille et leur énergie. Sa théorie explique assez bien comment les plus gros tourbillons se divisent en plus petits, qui se divisent à leur tour et ainsi de suite, et comment leur vitesse évolue au cours de cette "cascade turbulente".

Malgré ces avancées successives, la turbulence garde encore aujourd’hui une grande partie de son mystère.

Si les physiciens en comprennent les principes généraux, ils sont bien incapables de prédire dans le détail où et quand un tourbillon va se former.

Même la théorie de Kolmogorov est remise en question. On savait déjà qu’elle est tenue en échec aux très petites échelles, en raison de structures très agitées que l’on ne sait pas prévoir. Récemment, des chercheurs du CNRS sont allés plus loin.
Ils ont observé des écoulements turbulents dont le nombre de Reynolds est extrêmement grand, en remplaçant l’eau par de l’hélium à très basse température (-270°C) dont la viscosité est pratiquement nulle. Ils y ont ensuite envoyé des ultrasons de différentes fréquences : la propagation de chaque fréquence dans l’hélium liquide est perturbée par un type de tourbillon d’une certaine dimension, et l’on peut donc observer directement la répartition de la taille des tourbillons.
Les chercheurs ont ainsi montré que, contrairement à ce que prévoyait Kolmogorov, les gros tourbillons peuvent transmettre leur énergie directement aux petits sans passer par toutes les étapes de la cascade. Il leur reste maintenant à expliquer comment...

La turbulence joue un rôle capital dans d’innombrables domaines, de la météo à la circulation sanguine en passant par l’astrophysique et la natation.

Pourtant, cinq cents ans après les observations de Léonard, elle résiste toujours à l’analyse des physiciens. Serait-ce pour cela que le sourire de Mona Lisa nous semble parfois un peu moqueur ?

Peintre, sculpteur, architecte, physicien, ingénieur, anatomiste toscan, (1452-1519), Leonardo da Vinci fut l’une des figures le plus emblématiques de la Renaissance italienne.

Source - Site généraliste d’actualité et de réflexion, Al Oufok, bilingue français-arabe, se présente comme “site du Mouvement démocratique arabe”.

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