13 juin 2010
Turbulence superfluide : la robustesse de Kolmogorov
Pantxo Diribarne

Densité spectrale de puissance d’un écoulement d’hélium superfluide (écoulement de grille : isotrope, homogène et à faible taux de turbulence).

Le SBT possède un grand réfrigérateur, dit « station 400W@1.8K » qui outre les essais d’éléments cryogéniques développés pour les grands programmes (LHC, ITER…) sert à l’étude de la turbulence de l’hélium, le fluide le plus versatile en ce domaine. En collaboration avec l’Institut Néel, l’ENS Lyon, le LEGI et IRAMIS/SPEC, le Groupe de Thermohydraulique s’est attaqué à la « vieille » question de la turbulence dans l’état superfluide. Le paradigme de la dissipation d’énergie dans un écoulement turbulent est « la cascade de Kolmogorov » qui décrit le transfert d’énergie de grands tourbillons vers de plus petits jusqu’à une taille limite où la dissipation peut s’opérer car la viscosité devient prépondérante. A priori, le mécanisme dans un superfluide est différent, mais la seule étude de référence (1998) affirme que sur les échelles intermédiaires, la loi de Kolmogorov est respectée dans l’hélium superfluide. La motivation pour revisiter la question provient des nombreux écueils expérimentaux d’une telle manip qui doit mesurer sans artefacts la distribution des vitesses par un capteur de pression. L’expérience du SBT a conditionné un écoulement homogène et isotrope dans lequel le taux de turbulence est suffisamment faible pour que les fluctuations de pression soient elles-mêmes faibles et ne biaisent pas la mesure des vitesses. Résultat : la loi de puissance de Kolmogorov est de nouveau confirmée, sur 2 décades de longueur ! Mais l’échelle de dissipation n’est pas encore atteinte. C’est en partie l’objet de la suite du projet qui ira chercher la signature de la superfluidité.

 

Maj : 25/08/2010 (581)

 

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