Des vagues turbulentes à bord de l’ISS

Résultat scientifique Mécanique des fluides

Parmi les travaux scientifiques réalisés à bord de la station spatiale internationale par Thomas Pesquet, l’expérience FLUIDICS étudie la turbulence des ondes en apesanteur. Des chercheurs du CNRS, de l’Université de Paris et de l’École normale supérieure ont ensuite analysé les données et ont publié les résultats dans la revue Europhysics Letters. Le phénomène de turbulence d'ondes mis en évidence dans cette expérience pour des vagues, se généralise à de nombreux autres systèmes naturels sur Terre et dans l'Espace où des ondes se propagent.

Les séjours à bord de la station spatiale internationale (ISS) sont l’occasion de mener des expériences impossibles sur la terre ferme. Lors de la mission Proxima, Thomas Pesquet s’est chargé de l’installation de FLUIDICS1. Cette expérience, développée par le CNES et Airbus Defence and Space, vise entre autres à mieux comprendre la turbulence des ondes. L’appareil consiste en un système motorisé d’agitation d’un réservoir sphérique partiellement rempli d’eau. À l’intérieur de cette sphère, l’eau épouse toutes les parois dans toutes les directions grâce à l’impesanteur, laissant de l’air au centre du globe. L’eau ne rencontre alors pas de bord et, sans gravité, c’est la cohésion du liquide qui régit la propagation des vagues. Des chercheurs du laboratoire Matière et systèmes complexes (MSC, CNRS/Université de Paris) et du Laboratoire de physique de l’École normale supérieure (LPENS, CNRS/ENS Paris/Sorbonne Université/Université de Paris) ont ainsi pu tester des prédictions théoriques dans un contexte uniquement disponible à bord de l’ISS.

L’agitation par un moteur de la sphère de FLUIDICS provoque l’apparition de vagues à l’interface de l’air et de l’eau. Ces vagues se sont réparties, ont interagi puis se sont mélangées, pour atteindre un régime dit de turbulence des ondes. La durée des mesures souligne que cet état est bien stationnaire, car des expériences précédentes effectuées en vols paraboliques se limitaient à une vingtaine de secondes. Des prédictions théoriques sont alors vérifiées, dans des conditions a priori en dehors du domaine de validité du modèle. Le phénomène de turbulence d’ondes est très général et se rencontre aussi bien pour les vagues dans l’océan, que pour les plasmas magnétisés comme le vent solaire.

Thomas Pesquet présente le réservoir utilisé dans l’expérience Fluidics. La sphère instrumentée est partiellement remplie d’eau. © CNES/ESA.
© ESA/CNES
Thomas Pesquet présente le réservoir utilisé dans l’expérience Fluidics. La sphère instrumentée est partiellement remplie d’eau.

Référence

Capillary wave turbulence experiments in microgravity,
M. Berhanu, E. Falcon, G. Michel, C. Gissinger and S. Fauve.
128, 3, 34001 EPL (Europhysics Letters), 2020

DOI: 10.1209/0295-5075/128/34001

  • 1. Fluid dynamics in space, dynamique des fluides dans l’espace.

Contact

Communication INSIS