La turbulence d’ondes résulte de l’interaction de plusieurs ondes de différentes longueurs d’ondes, qui peuvent échanger de l’énergie entre elles. La surface de la mer agitée en est un exemple typique, mais on en observe également dans la circulation de lumière dans les fibres optiques, les vents solaires, les plasmas industriels, les écoulements géo- ou astrophysiques, les planètes ou les étoiles en rotation, les ondes gravitationnelles… «
N’importe quel système faisant des ondes non linéaires peut générer de la turbulence d’ondes », résume Nicolas Mordant, chercheur UGA au LEGI.
Ces phénomènes se produisant des grandes échelles jusqu’aux plus petites, il est impossible de les simuler dans leur totalité, par manque de puissance de calcul. Pour pallier ce problème, les chercheurs essaient de comprendre les phénomènes se produisant à petite échelle afin de créer des modèles permettant de les décrire fidèlement, et de simuler ensuite ce qui se passe à l’échelle de l’océan par exemple.
A la frontière de la physique et des mathématiques
La Simons Foundation de New York, qui soutient des recherches en mathématiques et en sciences fondamentales, a récemment annoncé le financement à hauteur de huit millions de dollars d’un projet interdisciplinaire et international d’une durée de quatre ans portant sur la turbulence d’ondes.
L’objectif est de vérifier, mathématiquement parlant, la théorie de la turbulence d’ondes développée par les physiciens. En appuyant cette théorie sur des bases mathématiques solides, il sera possible à terme de développer des modèles plus efficaces. Pour cela, des efforts conjoints en mécanique des fluides, physique statistique, théorie des équations aux dérivées partielles ou théorie des probabilités seront nécessaires. Le consortium dirigé par Jalal Shatah du Courant Institute de New York University assisté de Laure Saint-Raymond de l’École Normale Supérieure de Lyon et de Nicolas Mordant, implique également des chercheurs du CNRS (INSIS et INP), de l’École Normale Supérieure de Paris, de l’Université Paris-Diderot et de l’INRIA du côté français, ainsi que de l’Université de Princeton, du Michigan, du Massachusetts à Amherst et de l’Université de Turin. Plusieurs expériences sont prévues sur les installations du LEGI notamment la plate-forme Coriolis sur laquelle seront étudiées diverses situations pouvant conduire à la turbulence d’ondes.
Une application de ces travaux pourrait être l’amélioration des modèles de prédiction de la houle à l’échelle planétaire. Une description précise de la surface de l’océan est également importante pour quantifier le couplage entre océan et atmosphère dans les modèles climatiques.
*CNRS, Grenoble INP, UGA
