Le Rhone

Au dessus de Lyon

Je me lance dans une nouvelle idée : des photos de nuage. Pas besoin d'être un grand scientifique pour s'en émerveiller, mais voilà. J'adore les nuages. Et en plus, ils sont plein de mystères géophysiques, et mécanique-des-fluidiques.

Fête de la Science 2012

Comment la vision des nuages évoluent avec les progrès scientifiques...

De mon site préféré, simplement deux images prises à 50 ans d'intervalles de nuages vues de satellites...
(2012 et 1962, je vous laisse deviner laquelle est laquelle)

Du sol, on voit les nuages, les petites échelles, les moyennes échelles, mais jamais nous ne pourrons avoir une vision d'ensemble...
Et de satellites, maintenant, nous voyons même les petites échelles ! Par contre, il restera difficile de voir les structures 3D...

Des nuages et d'autres nuages encore

Les plus perspicaces comprendrons d'où je reviens de vacances à voir ces quelques photos de nuages.

 Je viens d'un pays où ils sont magnifiques en tout cas. Dommage que le tout rond (dernière photo) ne soit pas mieux rendu... Je suppose qu'un peu de traitement photo suffirait mais je n'ai pas vraiment le temps maintenant...

En cliquant sur les photos vous les verrez en plus grand encore. Enjoy :)

Et moi je retourne modéliser mes petites particules... 

Et finir mon poster pour une présentation tout bientôt.

J'ai des trucs en train d'être écrits...

Mais pas vraiment le temps.

En attendant, un lien et une image, qui rappelle le post d'avant !
(cliquez sur l'image pour aller voir la provenance et la description exacte de l'image, en anglais évidemment)

Un cylindre dans les nuages ?

Partons d'une jolie photo, trouvée (au hasard) sur un site internet (pris complètement au hasard, hein !)

On y voit des nuages (l'échelle n'est pas indiqué, mais c'est grand, pris d'un satellite. Voir fin de l'article pour les références exactes). Mais pas n'importe comment les nuages !

Pour le "pas n'importe lesquels", je vous contredirais : il est probable par contre qu'ils soient comme les autres, fait de particules d'eau. 

Par contre, ils sont arrangés de manière assez intéressante. Si vous regardez bien l'image précédente, vous voyez ce que les physiciens appellent une allée de Van Karman. Qui est là :

Deux choses m'intéressent :

- Qu'est-ce que cette allée de Von Karman ? Qu'est-ce qu'elle signifie ?

- Pourquoi est-ce qu'on peut la voir dans les nuages ?

Je vais commencer par la seconde question. 

Pourquoi les nuages seraient-ils de bons marqueurs pour des phénomènes de mécanique des fluides ? (à l'échelle planétaire, évidemment)

Et bien, tout simplement parce que la taille des gouttelettes, et leur existence, dépend des conditions de pression, de température, et de frottements ! Donc une zone à pression plus forte (dans l'atmosphère, plus basse, par exemple), aura plus de particules pour les mêmes conditions, une zone avec plus de mouvements de donc plus de frottements, aura des particules plus fines et potentiellement plus instables. C'est surtout l'idée de la relation entre tailles des particules et mouvements qui est intéressant : plus la zone sera soumise à des différentiels de vitesses, plus les particules seront fines. Et si elles sont trop fines, elles seront instables et repasseront entièrement en phase gazeuse. Donc pour des mêmes conditions de pression, de température, comme ici, on peut penser que les zones les moins nuageuses seront les zones les plus soumises à des frottements ou de la turbulence à "petite" échelle !

Reprenons la première question : qu'est-ce qu'une allée de Von Karman ? L'autre question pourrait être, pourquoi ais-je dessiné un rond noir en haut ? 

Imaginez un couloir dans lequel on injecte de l'air bien parallèle. On parle de flux laminaire et on le dessine comme ça :

J'ai dessiné ce qu'on appelle les lignes de courant. Grosso modo, dans ce cas, c'est à la fois la trajectoire qu'aurait une particule si elle était injectée en haut, et aussi les lignes qui sont en tout point parallèles aux vecteurs vitesses (ok, d'une manière générale, cette définition est fausse, hein)

Que se passe-t-il si on met un cylindre dans le fond ? Disons, un cylindre qui fasse toute la hauteur du couloir. Et que si on regarde "par dessus", on voit ça :

Mais là, je vous ai déjà mis les lignes de courant. Sauf que c'est le cas facile. Le cas idéal. Le courant est faible, on est dans un laboratoire, la vie est belle et rien n'est turbulent. (on continue donc à parler de zone laminaire).

Alors que la plupart du cas, on aura plutôt ça :

Le fluide va trop vite, ça devient donc turbulent...

Mais dans certains cas, quand on est à la limite entre les deux, on voit apparaître une instabilité très jolie, qui, vous l'aurez deviné, s'appelle donc les rouleaux de Von Karman... Qui donnerait ça avec les mêmes petits schémas tous mignons :

Donc si on reprends la première photo, qu'est-ce que cela veut dire ?

Et bien qu'il y a un flux d'air venant du nord, très calme, et qui rencontre un "cylindre" : une île qui ressort à 2,2km au dessus de la surface de l'eau (données NASA justement) et qui fait obstacle à ce flux d'air.

À partir de ça, et sachant en plus que la présence de l'instabilité des rouleaux de Von Karman dépend d'un nombre sans dimension caractéristique du flux d'air, qui est le nombre de Reynolds, les scientifiques peuvent en déduire des caractéristiques du flux d'air. Globalement, le nombre de Reynolds dépend de la vitesse moyenne, de la taille caractéristique de l'objet (la largeur), de la viscosité de l'air. Bon, il nous manque à nous un peu de ces grandeurs pour proposer la vitesse du vent, mais cela vous donne une bonne idée de comment on fait...


Et en laboratoire, pour voir ce que cela donne, il suffit de taper Von Karman sous Google, et vous trouverez de jolies images comme celles-là :

(cours de l'ESPCI)

L'image initiale vient donc évidemment d'ici : http://earthobservatory.nasa.gov/NaturalHazards/view.php?id=77654

Échelles de temps et d'espace

L'étude de la Terre, celle avec une majuscule, dans son ensemble, est un bon exemple d'études à différentes échelles de temps et d'espaces. 

On dit que le manteau, sous la croûte "flut" alors que l'on ne voit que des cailloux très "solides" à la surface de la Terre. Certaines de ces roches pourtant paraissent avoir été marqués par le mouvement ! 

(promis, j'essaye de vous trouver une photo... Mais malheureusement, je prends plus souvent des photos de nuages et de glace que de cailloux !)

Et pourtant, non, contrairement à ce que certains enseignants ou même revues colportent, le manteau terrestre est bien loin d'être liquide. Il est plus visqueux, plus difficile à faire bouger que la glace d'à peu près 10 ordres de grandeur ! (et que l'eau d'à peu près 20 ordres de grandeur)

Une question qui pourrait vous venir à l'esprit, dans ce cas, serait :

Mais pourquoi alors est-ce que moi je le présente comme un fluide ? Pourquoi dit-je qu'il bouge, alors qu'il ne bouge pas à l'oeil nu ?

Parce que tout est question d'ordre de grandeur, d'échelles de temps et d'espace. 

Les géologues, les géophysiciens et toutes les personnes s'intéressant à la Terre et aux planètes, regardent en général des phénomènes sur des longueurs de temps très différentes de celles de l'homme. L'échelle géologique des temps, comme on peut l'appeler un peu pompeusement. Oui mais pourquoi ? Pourquoi est-ce que l'on va regarder loin dans le passé si l'on n'est déjà pas capable de comprendre ce qui se passe maintenant ?

Je vais essayer une petite analogie avec la vie humaine, qui vaut ce qu'elle vaut, mais que je trouve assez drôle. Vous me direz si elle vous parle. 

L'être humain commence par naître, puis vit, puis meurt, et entre temps, il expérimente, il "vit", il subit. Ce sont ces expériences qui vont le façonner et le rendre comme il sera tout au long de sa vie. Mais si vous vous le rencontrez à un moment donné, disons, vers 30 ans, chacune des expériences qu'il aura vécut n'aurons pas le même poids, pas les même conséquences. 

Imaginez les questions que vous auriez envie de poser à la Terre, si c'était un être humain lambda, dans la pleine force de l'âge ?

Il est probable que les premières questions tourneraient sur le passé récent : qu'est-ce qu'elle a fait la veille, chez qui elle était en soirée le samedi d'avant, quel journal elle a lu la semaine dernière etc. Les géologues eux se demandent quelles étaient les dernières glaciations, les climats anciens, les animaux qui la peuplaient, la place des continents.

Mais bon, cela vous donne un aperçu très superficiel de sa vraie personnalité. Vous avez besoin de remonter dans le passé pour connaître plus. Mais alors, vous ne vous intéressez plus aux détails, sauf s'ils ont été très marquants. Vous voudrez savoir quelle école elle a faite, dans quelle ville elle a vécut, dans quel lycée elle était, quel était son premier amour. Idem pour les géologues : la question n'est plus de connaître tous les détails, mais des idées dans les grandes lignes, sur des longueurs de temps très longues. Mais aussi des évènements très marquants, comme la formation de la Lune, par exemple. On regarde donc les effets de la convection mantellique, les débuts de la formation des continents, le début de la dynamo, etc.

S'intéresser à la Terre interne, c'est s'intéresser à ces évènements là. Savoir qu'ils ne sont pas les seuls à marquer la Terre actuelle, mais aussi savoir qu'ils sont sur des durées tellement longues qu'ils l'ont marqué de manière quasi indélébile. Et sur des échelles aussi longues que des millions d'années, les mouvements trop rapides sont "gommés" (on s'en fout presque toujours de savoir quels articles de journaux vous avez lu dans des journaux gratuits quand vous aviez 20 ans), et seuls marquent les mouvements de fonds très longs... Comme la convection mantellique !

Essayer de cerner l'ensemble, toutes ces échelles de temps (et d'espace !), c'est le travail entier de l'étude de la Terre, et c'est actuellement impossible. Alors chacun cherche à s'intéresser à quelques processus. Et donc chacun cerne un peu quelles sont les échelles de temps et d'espace qui les intéresse... 

Parlons fluides... géophysiques.

Un blog de plus, mais pour discuter sciences !

Nous allons discuter fluides géophysiques. Mais savez-vous ce que c'est ?

La géophysique, c'est l'étude (physique) de ça :

(toute ressemblance avec une planète de notre système solaire n'est absolument pas fortuite)

Mais c'est en fait aussi, par extension, l'étude des planètes qui ressemblent à celle au dessus, par exemple celle là :

Du coup, la géophysique, pour moi au moins, c'est surtout l'objet d'études, et ensuite de la physique. On a des outils, et le but c'est de comprendre les phénomènes planétaires/terrestres. On ne fait pas de la physique pour la beauté de la physique, mais bien pour comprendre des phénomènes. (mais bon, je suis physicienne, donc la beauté de la physique, des équations bien posées, des systèmes non-linéaires, je la voit à fond !)

Deuxième question : qu'est-ce qu'un fluide ? 

Une définition intéressante pourrait être : ce qui s'écoule. Un fluide s'écoule, ou en tout cas les fluides intéressants pour la géophysique le font. 

Par exemple, posé sur la plage, vous voyez bien l'eau qui s'écoule (entre vos doigts, autour des bateaux, des poissons, etc.)

Par contre, posez vous sur un glacier, et à mon avis le froid vous aura eu avant que vous ne voyez l'écoulement... Qui existe pourtant bien !

Donc pour déterminer un fluide en géophysique, on ne regarde pas souvent sur des échelles de temps humaines... Ni même de l'ordre de quelques générations ! Mais sur de beaucoup plus grandes échelles de temps. Globalement, on pourrait dire que les échelles de temps intéressantes pour la planètes vont de quelques secondes (l'eau, l'atmosphère) à plusieurs milliards d'années (l'âge de la Terre, 6 milliards et des grosses brouettes)

Et donc sur la Terre, ce que j'appellerais fluides géophysiques, c'est ça :

Mais aussi

Et donc, maintenant que nous sommes (presque) d'accord sur les termes (de toute façon, ce n'est pas comme si quelqu'un me lisait, hein), je vais vous expliquer le but de ce blog.

J'ai l'intention d'essayer d'expliquer un peu quelques points qui m'intéressent en géophysique. Je suis moi-même doctorante dans un labo de géologie, et passionnée de mécanique des fluides !

Donc je viendrais ici avec des dessins, des photos, des morceaux de physique et de géologie.
Et j'espère que ça intéressera d'autres personnes. Ce qui est sur, c'est que mettre ses idées au clair, c'est toujours une bonne idée !