En collaboration avec Davide Proment, UEA Norwich, Angleterre, et Alberto Villois, U. Bath, Angleterre, Giorgio Krstulovic, chargé de recherche CNRS à l’UMR Lagrange (CNRS-UCA-OCA), a mené une étude sur la reconnexion des vortex quantiques qui a fait la une du journal Physical Review Letters la semaine du 15 octobre 2020.
La turbulence que l'on observe dans les océans, l'atmosphère ou simplement dans une tasse de café est constituée par de petits tourbillons ou tornades. Ce sont des zones du fluide très localisées et très intenses dans l'espace. Ces tourbillons, que nous appelons des vortex, sont l'une des structures les plus importantes de tout écoulement turbulent. Ces vortex interagissent entre eux et peuvent se "recombiner" ou se reconnecter. Dans le monde quantique nous trouvons aussi ces vortex dans une classe très exotique de fluides : les superfluides. Les superfluides s'écoulent sans aucune friction, car grâce aux effets quantiques, leur viscosité est nulle. Les tourbillons d'un superfluide sont appelés vortex quantiques et sont très facilement créés quand un superfluide est agité. Depuis quelques années, ces vortex quantiques sont étudiés en laboratoire et ils forment, en quelque sorte, le squelette de la turbulence classique qu'on observe dans la nature. L’hélium à très basse température ou le cœur des étoiles à neutrons sont des superfluides.
En collaboration avec nos partenaires anglais, nous avons montré que lors de leur reconnexion, ces vortex émettent une impulsion sonore pour conserver leur énergie. Cette émission, que nous avons caractérisée mathématiquement, est une preuve de l'irréversibilité du processus de reconnexion des vortex et contraint plusieurs aspects géométriques. Cette étude pourrait aider à comprendre certains événements très violents que l'on observe dans les fluides classiques turbulents comme l’atmosphère ou les océans, elle pourrait nous éclairer par exemple sur la dynamique des tornades.
Ces travaux de recherche ont été financés par l’ANR JCJC GIANTE ANR-18-CE30- 0020-01.
Référence
Irreversible Dynamics of vortex reconnections in quantum fluids, Physical Review Letters, 15 octobre 2020, Davide Proment, UEA Norwich, Angleterre, Alberto Villois, U. Bath, Angleterre, Giorgio Krstulovic, chargé de recherche CNRS à l’UMR Lagrange (CNRS-UCA-OCA).
