Africa-Press – Congo Brazzaville. Dans un fluide en rotation, la « quantité de rotation » ne se répartit pas uniformément: elle se concentre le long de lignes fines appelées tourbillons (ou vortex). Ces structures, que l’on retrouve dans les tornades, les sillages d’avion ou certains fluides quantiques, ne sont pas rigides.
La prédiction de Lord Kelvin
Dès la fin du XIXe siècle, Lord Kelvin avait prédit qu’elles pouvaient supporter des ondes se propageant le long de leur axe. Mais en pratique, ces « ondes de Kelvin » sont restées difficiles à observer de manière contrôlée. Une équipe du Laboratoire matière et systèmes complexes (CNRS – université Paris-Cité) et du Laboratoire de physique de l’ENS est parvenue à lever ce verrou expérimental.
Ces physiciens ont conçu un dispositif capable de stabiliser un vortex d’environ quarante centimètres de hauteur, en forçant l’eau à tourner autour d’un orifice central. Le cœur du tourbillon, occupé par une fine colonne d’air, sert de marqueur optique, ce qui permet de suivre précisément ses déformations. En excitant légèrement la surface du fluide à l’aide d’un anneau vibrant situé au fond de la cuve, l’équipe déclenche des ondes qui se propagent le long du vortex.
Le comportement des tornades
Deux types de modes sont identifiés: l’un déplace l’axe du tourbillon en une hélice, l’autre déforme son cœur sans en déplacer l’axe. Au-delà de la démonstration expérimentale, ces résultats ont une portée plus large.
En effet, les ondes de Kelvin sont supposées jouer un rôle central dans le transport d’énergie au sein des superfluides, mais leur observation y reste très limitée. Les expériences réalisées ici offrent un analogue classique permettant de tester ces mécanismes. Elles pourraient également éclairer certains comportements intermittents des tornades ou la dynamique des vortex dans les sillages d’avion
