Turbulence: One of the great unsolved mysteries of physics - Tomás Chor

Traducteur: Marine Gauchard Relecteur: eric vautier

You’re on an airplane when you feel a sudden jolt.

Vous êtes à bord d'un avion quand vous ressentez une brusque secousse.

Outside your window nothing seems to be happening,

Dehors, tout semble calme,

yet the plane continues to rattle you and your fellow passengers

pourtant, l'avion vous secoue, vous et vos compagnons de vol

as it passes through turbulent air in the atmosphere.

à travers l'air turbulent de l'atmosphère.

Although it may not comfort you to hear it,

Même si ce n'est pas rassurant à entendre,

this phenomenon is one of the prevailing mysteries of physics.

ce phénomène est l'un des plus grands mystères de la physique.

After more than a century of studying turbulence,

Après plus d'un siècle d'étude sur la turbulence,

we’ve only come up with a few answers for how it works

nous avons trouvé peu d'explications sur son mode de fonctionnement

and affects the world around us.

et comment elle influence le monde qui nous entoure.

And yet, turbulence is ubiquitous,

Pourtant, la turbulence est omniprésente,

springing up in virtually any system that has moving fluids.

elle surgit dans presque chaque système ayant des fluides en mouvement.

That includes the airflow in your respiratory tract.

Ce qui inclut le flux d'air dans votre appareil respiratoire,

The blood moving through your arteries.

le sang qui coule dans vos veines,

And the coffee in your cup, as you stir it.

et le café que vous touillez dans votre tasse.

Clouds are governed by turbulence,

Les nuages sont gouvernés par la turbulence,

as are waves crashing along the shore and the gusts of plasma in our sun.

comme les vagues qui se brisent sur le rivage et les rafales de plasma du soleil.

Understanding precisely how this phenomenon works

Comprendre précisément comment ce phénomène fonctionne

would have a bearing on so many aspects of our lives.

aurait des répercussions sur de multiples aspects de nos vies.

Here’s what we do know.

Voici ce que l'on sait.

Liquids and gases usually have two types of motion:

Liquides et gaz ont d'habitude deux types de mouvement :

a laminar flow, which is stable and smooth;

l'écoulement laminaire, qui est stable et lisse,

and a turbulent flow, which is composed of seemingly unorganized swirls.

et l'écoulement turbulent, composé de volutes a priori désordonnées.

Imagine an incense stick.

Prenons un bâton d'encens.

The laminar flow of unruffled smoke at the base is steady and easy to predict.

L'écoulement laminaire de fumée lisse à la base est régulière, facile à prévoir.

Closer to the top, however,

Un peu plus haut, pourtant,

the smoke accelerates, becomes unstable,

la fumée s'accélère, devient instable

and the pattern of movement changes to something chaotic.

et le motif de mouvement devient chaotique.

That’s turbulence in action,

C'est la turbulence en action,

and turbulent flows have certain characteristics in common.

et les écoulements turbulents ont certaines caractéristiques en commun.

Firstly, turbulence is always chaotic.

Premièrement, la turbulence est toujours chaotique.

That’s different from being random.

Ce qui ne veut pas dire aléatoire.

Rather, this means that turbulence is very sensitive to disruptions.

La turbulence est donc très sensible aux perturbations.

A little nudge one way or the other

Un petit coup n'importe où

will eventually turn into completely different results.

donnera des résultats totalement différents.

That makes it nearly impossible to predict what will happen,

Il est presque impossible de prédire ce qu'il se passera,

even with a lot of information about the current state of a system.

même avec beaucoup d'informations sur l'état actuel d'un système.

Another important characteristic of turbulence

Une autre caractéristique importante de la turbulence

is the different scales of motion that these flows display.

concerne les différents mouvements que ces écoulements forment.

Turbulent flows have many differently-sized whirls called eddies,

L'écoulement turbulent est formé de remous de tailles différentes

appelés tourbillons,

which are like vortices of different sizes and shapes.

qui ressemblent à des vortex de différentes tailles et formes.

All those differently-sized eddies interact with each other,

Ces tourbillons interagissent entre eux,

breaking up to become smaller and smaller

se cassent pour devenir toujours plus petits

until all that movement is transformed into heat,

jusqu'à ce que ce mouvement se transforme en chaleur,

in a process called the “energy cascade."

selon un procédé appelé « cascade turbulente ».

So that’s how we recognize turbulence–

C'est ainsi qu'on reconnaît la turbulence -

but why does it happen?

mais pourquoi se produit-elle ?

In every flowing liquid or gas there are two opposing forces:

Dans chaque liquide ou gaz qui s'écoule se trouvent deux forces opposées :

inertia and viscosity.

l'inertie et la viscosité.

Inertia is the tendency of fluids to keep moving,

L'inertie, c'est la tendance d'un fluide à conserver son mouvement,

which causes instability.

ce qui cause de l'instabilité.

Viscosity works against disruption,

La viscosité empêche la perturbation,

making the flow laminar instead.

et rend l'écoulement laminaire.

In thick fluids such as honey,

Pour les liquides épais tels que le miel,

viscosity almost always wins.

la viscosité remporte presque toujours.

Less viscous substances like water or air are more prone to inertia,

Des substances moins visqueuses comme l'eau ou l'air sont sujettes à l'inertie,

which creates instabilities that develop into turbulence.

ce qui crée des instabilités qui se transforment en turbulence.

We measure where a flow falls on that spectrum

Nous mesurons un écoulement selon son régime,

with something called the Reynolds number,

avec le nombre de Reynolds,

which is the ratio between a flow’s inertia and its viscosity.

qui calcule le ratio inertie/viscosité dans un écoulement.

The higher the Reynolds number,

Plus le nombre de Reynolds est élevé,

the more likely it is that turbulence will occur.

plus il y a de chance qu'une turbulence se crée.

Honey being poured into a cup, for example,

Par exemple, du miel versé dans une tasse

has a Reynolds number of about 1.

a un nombre environ égal à 1.

The same set up with water has a Reynolds number that’s closer to 10,000.

Avec de l'eau, il approche 10 000.

The Reynolds number is useful for understanding simple scenarios,

Le nombre de Reynolds est utile pour comprendre des scénarios simples,

but it’s ineffective in many situations.

mais est inefficace dans beaucoup de situations.

For example, the motion of the atmosphere is significantly influenced

Par exemple, le mouvement de l'atmosphère est considérablement influencé

by factors including gravity and the earth’s rotation.

par certains facteurs, tels que la gravité et la rotation de la Terre.

Or take relatively simple things like the drag on buildings and cars.

Ou prend en compte des choses simples,

comme la résistance aérodynamique des bâtiments et des voitures.

We can model those thanks to many experiments and empirical evidence.

On peut les modéliser grâce à des expériences et la preuve empirique.

But physicists want to be able to predict them through physical laws and equations

Mais les physiciens veulent les prévoir par des équations et des lois physiques

as well as we can model the orbits of planets or electromagnetic fields.

comme nous modélisons l'orbite d'une planète ou les champs électromagnétiques.

Most scientists think that getting there will rely on statistics

La plupart des scientifiques pensent que cette avancée dépend de la statistique

and increased computing power.

et d'une puissance de calcul accrue.

Extremely high-speed computer simulations of turbulent flows

Des simulations d'écoulements turbulents sur des ordinateurs extrêmement rapides

could help us identify patterns that could lead to a theory

nous aideraient à identifier des schémas qui pourraient mener à une théorie

that organizes and unifies predictions across different situations.

qui organise et unifie les prédictions à travers des situations diverses.

Other scientists think that the phenomenon is so complex

D'autres scientifiques jugent ce phénomène tellement complexe

that such a full-fledged theory isn’t ever going to be possible.

qu'une théorie aussi complète ne sera jamais possible.

Hopefully we’ll reach a breakthrough,

Nous espérons faire une découverte,

because a true understanding of turbulence could have huge positive impacts.

car une bonne compréhension de la turbulence

pourrait avoir des conséquences positives,

That would include more efficient wind farms;

comme des éoliennes plus performantes ;

the ability to better prepare for catastrophic weather events;

pouvoir mieux se préparer aux catastrophes naturelles ;

or even the power to manipulate hurricanes away.

ou bien la capacité de contrôler les ouragans à distance.

And, of course, smoother rides for millions of airline passengers.

Et, bien sûr, des trajets plus calmes pour des millions de passagers.