Montréal, le 29 avril 2008 —
Pendant plus d’un siècle, les chercheurs ont pensé que la théorie sur la stabilité des anneaux tourbillonnaires du Prix Nobel Joseph John Thomson était mathématiquement exacte, mais sans pouvoir la valider concrètement. Ces temps sont révolus. Cent vingt-cinq années plus tard, une équipe de chercheurs de l’Université Concordia, dirigée par le Pr George Vatistas, a finalement réussi à valider cette découverte théorique en laboratoire.
Il y a près de vingt ans, le Pr Vatistas s’est trouvé pour la première fois devant le phénomène des anneaux tourbillonnaires alors qu’il faisait une recherche sur un autre sujet. En 1989, en effet, comme il observait les propriétés des tourbillons d’eau en accélérant la rotation du liquide dans des cylindres hauts et étroits, au lieu de la forme d’entonnoir au pourtour relativement lisse qu’il attendait, il vit des ondulations de la surface le long du tourbillon, lui obstruant la vue du cœur du tourbillon qu’il voulait étudier.
Afin de tenter de réduire cette nuisance visuelle, le Pr Vatistas abaissa le niveau du liquide pour travailler avec un bassin beaucoup moins profond. Lorsqu’il accéléra de nouveau la rotation du liquide, le cœur – vu d’en haut – finit par prendre une forme triangulaire. Les découvertes les plus palpitantes se faisant quelquefois par hasard, le Pr Vatistas déclare aujourd’hui : « Je savais que je voyais quelque chose d’incroyable, mais à ce moment-là, je ne pouvais pas encore prouver qu’il s’agissait de la concrétisation de la théorie de Thomson. Aujourd’hui, grâce aux techniques évoluées et avec l’aide de mes collègues Kamran Siddiqui et Hamid Ait Abderrahmane, nous sommes pleinement en mesure de prouver cette théorie ».
Pour mieux comprendre, imaginons l’image satellite d’un ouragan. L’œil de l’ouragan est au centre d’une énorme masse d’air tourbillonnante qui s’étend loin du centre de la tempête. Les différences de pression entre l’air à l’intérieur et à l’extérieur de l’œil peuvent générer d’autres tourbillons, qui prennent la forme de tornades gravitant autour de l’œil avant de se dissiper. Selon J. J. Thomson, si les circonstances sont idéales, les systèmes stables que l’on retrouve à l’état naturel peuvent avoir jusqu’à 6 tourbillons (voire 7) qui gravitent autour du cœur d’un plus gros vortex.
Cette preuve concrète fera faire un véritable bond à la physique, de la physique de l’infiniment petit (physique quantique) à la physique de l’infiniment grand (la science des galaxies). La théorie de Thomson sert à l’étude de tout ce qui tourbillonne : l’eau, les étoiles, les électrons, les ondes sonores, etc. Ses applications concrètes sont illimitées et peuvent toucher des domaines comme la prévision de l’évolution des tornades avant même qu’elles n’apparaissent sur les radars, ou encore l’amélioration des ailes d’avions. Par ailleurs, les fabricants pourront désormais construire des machines (par exemple, des turbines) plus efficaces et plus silencieuses.
Cette recherche de pointe réalisée à l’Université Concordia figurera dans l’édition de mai 2008 de Physical Review Letters, la plus prestigieuse revue scientifique colligeant des condensés d’articles en physique. Pour obtenir plus de renseignements, communiquez avec le Pr George Vatistas à vatistas@encs.concordia.ca ou au 514 949-2424, poste 3158.
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Nadia Kherif
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