On raconte qu'un jour, le savant italien Léonard de Vinci plongea un bâton dans une rivière, et observa de curieux tourbillonnements d'eau se formant autour du bâton, des turbidités et remous, venant et allant. Il dessina alors un croquis depuis devenu célèbre, et fut ainsi l'un des premiers à reporter et documenter le phénomène de turbulence. Il s'arrêta cependant à une étude purement descriptive, et grand bien lui en fit car le phénomène de turbulence est encore aujourd'hui mal compris! Richard Feynman lui même en parla comme du problème non résolu le plus important en physique.

L'une des difficultés principales quand à l'étude des turbulences est leur irrégularité extrême et l'apparition de phénomènes complexes à des échelles de tailles très différentes. Ainsi, un grand tourbillon peut être en réalité constitué de nombreux tourbillons plus petits, et lui même faire partie d'une structure plus grande. Malgré la nature intrinsèquement chaotique du phénomène, certains écoulements récurrents peuvent cependant être observés, tels que les allées de tourbillons de von Karman, du physicien hongrois éponyme qui les décrivit la première fois.

Les allées de von Karman sont caractérisées par l'apparition régulière et périodique de tourbillons de part et d'autres de la traînée d'un obstacle aux contours irréguliers. L'obstacle en question n'étant pas nécessairement une surface solide, mais pouvant aussi être une variation de pression locale dans le milieu, il est possible d'observer la formation de ces allées "spontanément".  Ce phénomène a la particularité d'être invariant par rapport à l'échelle considérée et peut ainsi exister à des ordres de grandeurs extrêmement différents. De Jupiter à la surface d'une bulle de savon, d'une cuve remplie d'eau à l'atmosphère terrestre!

Dessin original de Leonard de Vinci | Courants à la surface d'une bulle de savon

Allées de tourbillons de von Karman près de l'"oeil de Jupiter" | et dans l’atmosphère terrestre

Allées de tourbillons de von Karman créées artificiellement dans une cuve d'eau

Photo copyrights:

De Vinci: Leonardo lui même pardi

Savon:  H. Kellay, laboratoire LOMA, CNRS

Jupiter: NASA

Atmosphère: NASA

Liquide: Creative Commons