Les lois de la gravité dans les fluides stratifiés
Les mouvements des fluides astrophysiques ou géophysiques peuvent être affectés par la présence de variations de densité considérables dans le fluide. Entre les couches de différentes densités, il y a une interface où se propagent les ondes, un peu comme les vagues à la surface de l'océan. Ces ondes de gravité peuvent également se propager dans la masse du fluide stratifié, dont la densité varie continuellement en fonction de la profondeur. La différence de densité détermine la puissance de la force de rétablissement et, par conséquent, le développement des amplitudes des ondes. La stratification contrôle également la fréquence et la longueur d'ondes des ondes excitées. Dans le cadre du projet COWAVE, les chercheurs ont développé les configurations les plus simples pour analyser les effets de la densité. Dans leurs expériences, les chercheurs COWAVE ont utilisé l'eau confinée dans un réservoir, avec une couche de turbulence adjacente à une couche stratifiée. En ajoutant du sel ou en variant la température de l'eau, ils ont pu contrôler la flottabilité. Les différences de flottabilité dans le réservoir ont entraîné la stratification désirée, avec une eau plus dense au fond et une eau plus légère à la surface. Les chercheurs de COWAVE ont associé des mesures locales de température ou de densité à des mesures de rapidité globale pour étudier les spectres de temps et la fréquence des ondes excitées. Un modèle mathématique numérique de ce système a également été développé. L'analyse des mouvements oscillatoires et de turbulence théoriquement prédits, qui ont été partiellement explorés dans les expériences, a confirmé les capacités de prévision des modèles numériques. Mais même avec un système simple, de nouveaux phénomènes physiques non-intuitifs ont été observés. Le projet COWAVE a démontré que les mouvements de turbulence excitaient les ondes à faible fréquence localisées au niveau de l'interface. Les ondes à haute fréquence se propagent plutôt en profondeur dans le réservoir stratifié en raison d'un amortissement sélectif, en fonction sur une flottabilité du liquide ambiant. Les résultats COWAVE contribueront à une meilleure compréhension des effets des ondes de gravité dans les modèles de circulation atmosphérique générale et leurs prévisions des profils météorologiques. Ils aideront à mieux comprendre l'évolution des étoiles et des noyaux planétaires, où la dynamique des couches stratifiées avait été négligée jusqu'à présent.
