Écoulement laminaire

Dans un écoulement laminaire, l’ensemble du fluide s’écoule plus ou moins dans la même direction, sans que les différences locales se contrarient. Les particules d’air glissent parfaitement les unes sur les autres sans échanges de particules entre elles. Elles suivent un mouvement rectiligne et parallèle.

Écoulement turbulent

Dans un écoulement turbulent, la vitesse ou la direction à un instant donné peut varier, de façon importante et imprévisible, pour des points rapprochés. Les particules d’air ont des trajectoires quasiment parallèles entre elles, mais qui ne sont plus rectilignes, tout en se déplaçant globalement dans le même sens, à la même vitesse. Les écoulements sont turbulents et imprévisibles par nature.

Écoulement tourbillonaire

L’écoulement est très désordonné, les particules se mélangent et ne suivent ni une trajectoire rectiligne ni parallèle, et certaines particules peuvent remonter le courant et former ainsi des tourbillons.

Représentation de la turbulence

La turbulence est l’état d’un fluide dont l’écoulement est irrégulier, tel qu’en tout point de l’espace la vitesse varie aléatoirement.

La turbulence peut être, légère, modérée, forte ou extrême.

• La turbulence est qualifiée de légère lorsque l’aéronef est soumis à de petits changements aléatoires, d’assiette, d’inclinaison ou de cap. Les passagers d’un avion de ligne peuvent continuer à se déplacer.

• La turbulence est qualifiée de modérée lorsqu’elle engendre des changements d’assiette, d’inclinaison ou de cap plus conséquents. La vitesse air est aussi affectée. Les déplacements des passagers d’avions de ligne deviennent problématiques.

• La turbulence est qualifiée de sévère lorsque l’aéronef est soumis à des changements brusques d’attitude ou d’altitude. L’aéronef peut temporairement échapper au contrôle du pilote. De plus, le déplacement dans la cabine d’un avion de ligne est impossible. Cette définition de turbulence sévère inclut les changements d’altitude liés aux ondes orographiques qui peuvent être parfaitement laminaires. Un pilote aux instruments considérera ces ondes comme des «turbulences sévères», car il ne pourra pas maintenir l’altitude qui lui a été assignée.

• La turbulence est qualifiée d’extrême lorsque l’avion échappe au contrôle de son pilote. Ce type de turbulence peut engendrer une rupture de l’aéronef.

Types de turbulences

Turbulence due au profil de l’aile

1. Fluidité
   Forme du profil : faible trainée, écoulement fluide.
   Attention: ce sera fluide jusqu’au bord de fuite, mais après l’air à l’arrière de l’aile va forcer tout l’air vers le bas. L’air de l’extrados se déplace plus vite que celui de l’intrados (parce que la nature déteste le vide), et a donc un peu plus d’énergie que l’air sous l’intrados.
   L’effet Bernoulli fournit 5 à 10 % de la portance, le reste est plutôt « Isaac Newton ». Pour plus d’efficacité, l’intrados de l’aile doit être très légèrement concave.
2. Bord d’attaque tranchant :
   Provoque des turbulences à l’avant, perturbant le flux.
3. Bord de fuite tranchant :
   Crée un écoulement chaotique derrière l’objet.
4. Surface incurvée :
   Les courbes extrêmes amplifient la turbulence, augmentant la traînée.

Turbulence de frottement

La turbulence de frottement est due principalement aux irrégularités du sol qui perturbent le mouvement des particules d’air. La masse d’air est freinée par friction qui crée une zone de turbulence.
Cette turbulence dépend principalement de deux facteurs :

• la vitesse du vent ;
• la structure thermique de la masse d’air.

Turbulence d’obstacle

Lorsque le vent passe et selon la force de ce vent, un obstacle comme des arbres, bâtiments, une falaise ou une dune, peuvent perturber le vent sur 3 à 7 fois la hauteur de celui-ci.
Le vent se trouve également perturbé aussi avant l’obstacle, mais beaucoup moins, environ deux fois la hauteur.

Turbulence d’écoulement

Cette turbulence intéresse toute l’atmosphère et se décline sous plusieurs formes :

Turbulence orographique

Les reliefs présentent des obstacles à l’écoulement de l’air, des turbulences, en particulier par vent fort et « sous le vent » de la montagne, se produiront.

Turbulence en ciel clair CAT

Ce type de turbulence est généralement associé au courant-jet, mais peut également se produire près des chaînes de montagnes.

Turbulence frontale

ette turbulence est due au contraste thermique des masses d’air, au cisaillement horizontal, ainsi qu’aux mouvements verticaux induits.

Turbulence due aux brises

La direction du vent entre le sol et le sommet de la circulation de brise qui se situe généralement aux alentours de 300 mètres est quasiment opposée.

Turbulence de sillage des avions

C’est une turbulence aérodynamique créée par les tourbillons d’un aéronef, elle est due :

• aux effets de souffle des hélices ou des réacteurs ;
• à la turbulence induite par le fuselage et les aspérités génératrices de traînée ;
• aux tourbillons marginaux ou vortex contrarotatifs, prenant naissance aux extrémités des ailes.

Turbulence de sillage nuageux

Cette turbulence générée quelquefois par les cumulonimbus (Cb) se situe dans le sillage du nuage sous le vent. L’avion devra donc contourner le cumulonimbus du côté au vent pour éviter les turbulences.

Turbulence d’origine thermique et convective

Dans les nuages convectifs (Cumulus, Cumulonimbus), plus l’activité convective est importante, plus forte est la turbulence. Cette turbulence est liée aux importants mouvements thermiques ascendants et descendants associés aux nuages d’orage (cumulonimbus, codés CB). Cette turbulence peut affecter gravement nos ULM en vol et en phase de décollage et d’atterrissage. En cas d’orage violent (« severe thunderstorm »), il ne faudrait pas voler dans un rayon d’au moins 30 à 40km autour de la zone orageuse.