Les écoulements turbulents sont des mouvements de fluides caractérisés par des changements rapides de pression et de vitesse d’écoulement. Par exemple, les atmosphères planétaires, les océans et les écoulements autour d’une aile d’avion ou d’une éolienne sont turbulents. Ces écoulements subissent de fortes fluctuations autour de leur état moyen. Dans certains cas, ils peuvent même soudainement passer à une configuration d’écoulement entièrement différente.
Chercheur CNRS au Laboratoire de physique de l’ENS de Lyon, Corentin Herbert a développé le projet de recherche TransTurb (Large deviations and rare transitions in turbulent flows) en collaboration avec Freddy Bouchet, directeur de recherche CNRS. Ce projet a été soutenu de 2017 à 2019 par les actions Marie Skłodowska-Curie.
La richesse de la turbulence continue à poser de nombreux problèmes pour la physique théorique. En particulier, l'étude des événements extrêmes est cruciale pour la météo, le climat et de nombreuses applications techniques, mais ces évènements restent mal compris.
Une première difficulté majeure, d’ordre technique, est que lorsque l’on parle d’événements rares, l’on dispose par définition de peu d'observations. La simulation numérique directe est de peu de secours car les modèles d'écoulement turbulent sont coûteux en termes de calcul. Un premier objectif de ce projet a donc été de montrer que certains algorithmes numériques développés ces dernières années pouvaient être adaptés pour mieux répondre aux questions relatives aux événements rares dans les écoulements turbulents.
Un grand nombre des outils numériques développés au cours du projet sont ainsi désormais accessibles au public via Github.
Le second objectif principal du projet était d’illustrer l’importance des fluctuations rares dans les écoulements turbulents naturels. En collaboration avec Rodrigo Caballero (Stockholm University), Corentin Herbert et Freddy Bouchet se sont demandé s’il existait des transitions spontanées entre des états bi-stables dans l’atmosphère et si elles ressemblaient aux transitions induites par le bruit étudiées en physique statistique. Les trois chercheurs ont montré qu’il existait effectivement un mécanisme de renversement abrupt des vents tropicaux qui pourrait être activé par les fluctuations turbulentes de l’atmosphère, et conduire ainsi à des changements abrupts de climat.
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