Turbulence (Edition 2013)

Livre numérique

Turbulence est un livre d’initiation au monde fascinant de la turbulence dans les fluides au sens général : l’eau des rivières et des océans, l’air dans le sillage des véhicules aériens ou terrestres, les granulations solaires, la tache rouge de Jupiter… On y rencontre aussi bien l’imprévisibilité introduite par Henri Poincaré que l’effet papillon du météorologue Edouard Lorenz. Le lecteur comprendra mieux la trainée aérodynamique et la diffusion des polluants dans l’environnement, ou encore les instabilités qui dégénèrent en tourbillons cohérents. Les résultats récents sont présentés et l’auteur propose même des apports sur les écoulements des fluides biologiques ou sur le défi de la turbulence pour les modèles météorologiques et climatiques.L’objectif de l’ouvrage est de faire comprendre les concepts et de présenter des résultats sans équations dans un domaine où il est aisé de remplir un livre de formules mathématiques. L’accent est mis fortement sur les résultats de simulations numériques. Malgré la difficulté du sujet, le style clair et précis permet une lecture agréable et on se surprend à réfléchir sur le concept de turbulence en biologie, histoire et philosophie.Ce livre s’adresse à un public scientifique de niveau master (en mécanique, physique, mathématiques) et bien sûr aux universitaires, chercheurs, enseignants et au public cultivé de ce niveau.Polytechnicien, Marcel Lesieur est professeur émérite de Grenoble Institut National Polytechnique. Il a créé un groupe pionnier dans l’utilisation du calcul scientifique pour la modélisation et la simulation de la turbulence. Auteur de multiples publications, il a oeuvré dans les grands laboratoires mondiaux, à l’USC Los Angeles, Stanford, au NCAR Boulder du Colorado… Membre senior de l’Institut Universitaire de France puis membre de l’Académie des sciences, il offre dans cet ouvrage un aperçu de sa passion pour la turbulence et nous fait bénéficier de ses grandes qualités pédagogiques.

Table des matières

Table des matières
Turbulence (Edition 2013) 1
Préface de la première édition 6
Avant-propos, remerciements... 8
Table des matières 10
Chapitre 1 - Introduction 16
1.1. Préambule 16
1.2. À la rencontre de la turbulence aérodynamique 16
1.3. Turbulence atmosphérique 20
1.4. Turbulence hydrodynamique 23
1.5. Turbulence océanique 24
1.6. Géophysique interne 25
1.7. Turbulence astrophysique 26
1.8. Fluides du corps humain 29
1.9. Turbulence, imprédictabilité et chaos 30
1.10. En conclusion 36
Chapitre 2 - Mécanique des fluides élémentaire 38
2.1. De Newton à Helmholtz et Kelvin 38
2.2. Les principes de Bernoulli 49
2.3. Du laminaire au turbulent 54
2.4. Similitude 61
2.5. Certains effets des fluides turbulents 62
Chapitre 3 - Instabilités et tourbillons 64
3.1. Spirales de Kelvin-Helmholtz 64
3.2. Les allées tourbillonnaires de von Karman 74
3.3. Tourbillons longitudinaux 79
3.4. Effets de gravité et problèmes de climat 86
Chapitre 4 - La turbulence développée 98
4.1. Retour vers la transition 98
4.2. La théorie de Kolmogorov 99
4.3. Dispersion et diffusion turbulentes 111
4.4. Turbulence en amortissement libre 114
4.5. Tourbillons cohérents 115
4.6. Turbulence bidimensionnelle 128
Chapitre 5 - Modélisation et simulation numériques 138
5.1. Turbulence et équation de Navier-Stokes 138
5.2. Les contraintes turbulentes de Reynolds 140
5.3. Viscosité turbulente 143
5.4. Modèles spectraux en turbulence isotrope 146
5.5. Les grands enjeux du calcul scientifique 150
5.6. Simulation des grandes échelles 161
5.7. La modélisation industrielle : passé et futur 166
Chapitre 6 - Turbulence aérodynamique 168
6.1. Introduction 168
6.2. Ondes sonores et chocs 173
6.3. Aérodynamique subsonique 181
6.4. Aérodynamique supersonique et hypersonique 187
6.5. Contrôle de turbulence 199
Chapitre 7 - Fluides de l’environnement 204
7.1. Introduction 204
7.2. Atmosphère terrestre : généralités 204
7.3. Équilibre géostrophique 207
7.4. Instabilité barocline 215
7.5. Turbulence quasi géostrophique 220
7.6. Cyclones et tornades atmosphériques 222
7.7. Rotation ou stratification à échelle moyenne 226
7.8. Circulation océanique 235
7.9. Géophysique interne 241
7.10. Jupiter 241
Chapitre 8 - Conclusion 244
8.1. L’imprédictabilité 244
8.2. Le mélange 246
8.3. Tourbillons et instabilités 247
8.4. Simulations et modélisations numériques 250
8.5. Turbulence et philosophie 253
Bibliographie 256
Index 272

Compléments