Turbulence d’ondes dans la Station Spatiale Internationale

Parmi les travaux scientifiques réalisés à bord de la station spatiale internationale par Thomas Pesquet, l’expérience FLUIDICS étudie la turbulence des ondes en apesanteur. Des chercheurs du CNRS, d’Université de Paris et de l’École normale supérieure ont ensuite analysé les données et ont publié les résultats dans la revue Europhysics Letters. Le phénomène de turbulence d’ondes mis en évidence dans cette expérience pour des vagues, se généralise à de nombreux autres systèmes naturels sur Terre et dans l’Espace où des ondes se propagent.

L’étude de vagues turbulentes dans la station spatiale internationale à l’aide de l’expérience FLUIDICS a été livrée à bord de la station spatiale internationale en février 2017. Plusieurs astronautes de l’ESA dont Thomas Pesquet, qui a installé l’instrument dans le cadre de la mission PROXIMA, ont manipulé cette expérience développée par le CNES et ADS (Airbus Defense and Space) Toulouse. L’expérience FLUIDICS a depuis été rétrocédée à l’ESA pour être plus largement utilisée dans l’ISS.

Un des buts de cet instrument, consiste en l’étude de la turbulence d’ondes. Il s’agit de d’observer et de comprendre les mouvements désordonnés de la surface d’un liquide, en s’affranchissant des effets des bords, c’est-à-dire à la manière de vagues au milieu de l’océan, loin des côtes. L’absence de gravité permet de réaliser une surface avec une couche d’eau mouillant l’intérieur d’une sphère, et présentant physiquement ce type de configuration.

Des chercheurs du laboratoire Matières et Systèmes Complexes et du Laboratoire de Physique de l’Ecole normale supérieure de Paris ont caractérisé les vagues produites par l’agitation d’un réservoir sphérique instrumenté, à l’interface entre de l’eau et de l’air.
Dans la station spatiale, en l’absence de gravité, ce sont les forces de cohésion du liquide qui sont à l’origine de la propagation des vagues.

La théorie de la turbulence d’onde prédit comment les vagues se répartissent entre les échelles, interagissent et se mélangent, pour de petites amplitudes des vagues à l’interface eau-air. Les mesures faites dans l’ISS et parues dans Europhysics Letters montrent que ces prédictions théoriques restent valables même pour de fortes déformations des interfaces.

Ces nouveaux résultats confirment et complètent des mesures faites en 2006 dans un avion effectuant des vols dits paraboliques, mais pour lesquelles la durée de l’impesanteur, correspondant à la chute libre de l’avion, est limitée à une vingtaine de secondes, ce qui ne permet pas d’assurer qu’un régime stationnaire soit atteint. Ils permettront de mieux comprendre le régime de turbulences d’ondes en régime fortement non-linéaire.