L'ouragan Ophélia traverse actuellement l'océan Atlantique et, en ce week-end d'octobre 2017, il génère des vents puissants sur le nord de l'Europe en même temps qu'une douceur presqu'estivale plus au sud. Les scientifiques peinent toujours à comprendre les détails de ces gigantesques structures atmosphériques. Ils s'aident de modèles numériques, bâties sur les observations, mais aussi sur des modèles physiques. En 2008, nous relations cette belle expérience de chercheurs français qui simulaient des ouragans avec des bulles de savon. Élégant et efficace.
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Article paru le 12 avril 2008

À une échelle pourtant bien différente, une bulle de savon peut être comparée à l'atmosphèreatmosphère qui entoure notre planète, à tel point qu'elle peut en constituer un modèle. Comme elle, elle est constituée d'une couche très mince en comparaison de son diamètre et sa fluidité permet à la matièrematière qui la compose de circuler librement.

Cette similitude a inspiré une équipe de chercheurs du Centre de physique moléculaire optique et hertzienne (CPMOH) de l'université Bordeaux et de l'université de La Réunion. Les scientifiques ont utilisé une bulle de savon pour simuler la composante aléatoire régissant le mouvementmouvement des ouragans, pour mieux comprendre ces phénomènes dévastateurs.

Mais la distribution des températures au sein de l'atmosphère terrestre n'est pas uniforme. Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont créé une demi-bulle formée par une surface d'eau et de savon obturant un récipient chauffé. À son contact, c'est-à-dire à l'équateuréquateur de la demi-bulle, la température est de 45 °C alors qu'elle est plus basse au niveau de l'unique pôle. Dans cette expérience, de nombreux courants de convectionconvection sont apparus à la base, puis un gros tourbillontourbillon s'est aussitôt formé, ressemblant fort à un ouraganouragan.

Un ouragan miniature. Il a tout d'un vrai. © Fanny Seychelles, Hamid Kellay

Un ouragan miniature. Il a tout d'un vrai. © Fanny Seychelles, Hamid Kellay

Une Terre en miniature

Les chercheurs ont filmé les mouvements de la bulle puis ont traité les images sur ordinateurordinateur pour pointer les structures en mouvement. Ils ont pu ainsi analyser finement les fluctuations apparemment désordonnées de ce tourbillon, qui se caractérisent par une loi dite superdiffusive correspondant à un mouvement de type vol de Levy, c'est-à-dire une trajectoire aléatoire dominée par des sursautssursauts peu nombreux mais de grande amplitude.

L'équipe a ensuite étudié les trajectoires de cyclonescyclones de la saisonsaison 2003-2004, et mesuré la composante aléatoire, toujours présente dans leurs déplacements. Avec surprise, une très grande similarité est apparue entre les ouragans atmosphériques et les tourbillons des bulles de savon. Leurs résultats viennent d'être publiés dans la revue Physical Review Letters.

Hamid Kellay, du CPMOH, tempère cette analogieanalogie en signalant que les mouvements des ouragans véritables sont fortement affectés par la rotation de la TerreTerre ainsi que par d'autres phénomènes atmosphériques complexes. Mais la prise en compte de la part aléatoire, jusqu'ici méconnue, du comportement des ouragans met en évidence l'universalité des statistiques des fluctuations de trajectoire. À terme, elle devrait aider à mieux prévoir leurs trajectoires et anticiper les risques.