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Three-dimensional structure of stratified turbulence

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Comprendre une nouvelle forme de turbulence

Les chercheurs ont fourni la solution à d'importants problèmes liés aux turbulences dans les systèmes stratifiés tels que les océans et l'atmosphère.

Changement climatique et Environnement

Il a été démontré qu'une nouvelle catégorie de turbulence tridimensionnelle (3D) appelée «instabilité zigzag» (IZZ) était à l'origine du découplage des couches horizontales dans les fluides présentant une stratification stable, à savoir celles dont la densité diminue verticalement. Ces systèmes sont particulièrement répandus dans l'atmosphère et les océans. Le projet 3DZZI («Three-dimensional structure of stratified turbulence») financé par l'UE visait à évaluer l'évolution de l'IZZ dans une turbulence stratifiée forcée étant donné que les travaux précédents sur le phénomène ne portaient que sur les flux standards. Les scientifiques ont généré une turbulence stratifiée à l'aide de 12 générateurs dans un réservoir stratifié de manière stable et linéaire. Les mesures de vitesse ont confirmé que le flux s'organisait en strates horizontales grâce à l'IZZ. L'IZZ peut provoquer la formation de vortex de forme aplatie dite «pancake» qui génèrent des instabilités secondaires, dont un cisaillement et une perturbation gravitationnelle encore non maîtrisées. Les chercheurs ont réalisé des études numériques sur les conditions d'apparition et l'évolution des instabilités secondaires en fonction de l'épaisseur verticale du vortex «pancake», ce qui a permis d'établir les limites de stabilité pour les paramètres étudiés. Par ailleurs, pour mieux comprendre l'instabilité gravitationnelle dans un vortex «pancake», les scientifiques ont analysé la stabilité d'un fluide stratifié de manière linéaire et instable dans la rotation d'un corps solide. Les résultats ont été généralisés afin d'obtenir la distribution radiale de la vitesse permettant de prédire l'instabilité dominante. Les résultats du projet 3DZZI comportent d'importantes implications pour plusieurs flux géophysiques propres aux océans et à l'atmosphère, dont le transport vertical des produits polluants au-dessus des zones urbaines.

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