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Pour étudier les écoulements complexes de l’air, il faut d’abord pouvoir les observer ! L’air étant transparent, les chercheurs ont dû trouver des astuces pour le rendre visible. Deux de ces astuces ont retenu notre attention : l’une développée il y a plus d’un siècle et l’autre, utilisée actuellement dans les grands laboratoires de recherche en dynamique des fluides. Mis à part quelques avancées technologiques, la technique reste fondamentalement la même.

Le premier exemple date de 1899. Étienne-Jules Marey (1830-1904), physiologiste, médecin, biomécanicien et précurseur du cinématographe, s’engage dans l’étude de l’aérodynamique. Il construit une machine à fumée : un appareil qui produit des filets de fumée rectilignes et parallèles. En y introduisant des obstacles, il peut observer les turbulences générées. L’objectif de Marey est de rendre visible puis de photographier ces phénomènes qui échappent habituellement à la vue. À la lueur d’un éclair magnésique (procédé chimique utilisé notamment pour les flashs de l’époque), il obtient une série de clichés en chronophotographie* que vous pouvez découvrir dans cet épisode de la série « Décryptage images de science » :

Décryptage images de science | Mouvements de l'air par CNRS

Dans son article « Le mouvement de l’air étudié par la chronophotographie » paru en 1902 dans le Journal de la Physique théorique et appliquée, Marey pressent déjà l’intérêt scientifique de son invention : « Je crois pouvoir ajouter que cette méthode donnera la solution expérimentale de divers problèmes relatifs aux appareils propulseurs dans des fluides, aux questions de ventilation, etc. »

Depuis les expériences de Marey, l’étude du mouvement des liquides et des gaz se poursuit. Le second exemple, plus récent, concerne les recherches actuelles menées au sein de l’Institut de mécanique des fluides de Toulouse (IMFT) et du laboratoire Plasma et conversion d’énergie (Laplace)**. Dans le film que nous vous proposons, les scientifiques étudient la capacité d’une aile d’oiseau à se déformer en temps réel et l’effet des petites plumes périphériques qui cassent les turbulences et réduisent le bruit. Ils réalisent alors une maquette d’aile d’avion testée en soufflerie, font varier différents paramètres et modélisent leurs effets sur les turbulences.

Pour étudier la vitesse en tout point autour de l’aile d’avion, les scientifiques injectent de toutes petites particules dans la soufflerie et les éclairent par un faisceau laser. Les données de déplacement dans le temps de ces particules sont gérées par ordinateur et permettent de quantifier l’intensité de la rotation des structures tourbillonnaires autour de l’aile et dans son sillage. Découvrez ce procédé dans le film Les Ailes du futur.

Les ailes du futur par CNRS  

* Pour en savoir plus sur Étienne-Jules Marey et la chronophotographie, consultez le parcours découverte proposé par le Centre national du cinéma, ainsi que le site de l’exposition du centenaire qui lui était consacrée au musée d’Orsay en 2004.
** Ces deux laboratoires sont des unités mixtes de recherche CNRS/Université Paul-Sabatier/INP Toulouse.