2) Ecoulement turbulent contre écoulement laminaire

Lors du déplacement d’un solide dans un fluide (liquide ou gaz), l’écoulement du fluide contre les parois du solide peut se faire de différentes manières. Si le fluide épouse parfaitement la forme du solide, l’écoulement est dit laminaire. Si le fluide s’éloigne de la surface arrière de l’objet et que l’on observe des tourbillons désordonnés dans la zone du fluide située dans le sillage du solide, alors il s’agit d’un écoulement turbulent. La force de frottement, de sens opposé à celui du déplacement du solide, sera d’autant plus forte que l’écoulement sera turbulent.

 

Il existe différents paramètres d’influence sur l’écoulement :

- Si la vitesse du même solide dans le même fluide augmente, cela favorisera la turbulence.

- Un fluide plus visqueux tendra vers un écoulement laminaire.

 

Pour déterminer si un fluide s’écoule de façon laminaire ou turbulente, on utilise le nombre de Reynolds, qui donne le rapport entre les effets de l’inertie et de la viscosité. Un nombre de Reynolds supérieur à 10000 indique un fluide turbulent,un fluide dont le nombre de Reynolds est compris entre 10000 et 2300 est un régime instable, c'est à dire un fluide initialement laminaire pouvant potentiellement devenir turbulent.

Lorsque le régime est laminaire (quand le Nr < 2300) les forces visqueuses sont prépondérantes. Mais si l’écoulement est turbulent les forces de viscosité deviennent négligeables devant les forces d’inertie.

 

 

 

Cette animation nous montre le déplacement d'un ballon dans l'air selon un régime laminaire.

 

Si le ballon tourne sur lui-même alors que l'écoulement de l'air contre ses parois reste laminaire, cela crée une surpression d'un côté et une dépression de l'autre (voir effet Magnus).

Enfin, voici une vidéo présentant un ballon dans l'air qui s'écoule de manière turbulente.

Certains ballons sont conçus de façon à ce qu'ils provoquent un régime turbulent dans l'air. Cela permet certains effets au football car le ballon peut, lors de certains lancés, changer de trajectoire à cause de ce type d'écoulement.

 

La turbulence explique aussi la tendance des tirs forts et sans effet à avoir des glissements et des sauts imprévisibles dans tous sens en l’air (on parle de « balle flottante »). En absence d’effet, la seule influence sur la trajectoire de la balle est celle de la turbulence aléatoire.