De nombreuses voies vers la convection turbulente

En utilisant des méthodes automatiques de laser-Doppler, nous avons identifié quatre séquences distinctes d'instabilités menant à la convection turbulente à faible nombre de Prandtl (2,5–5,0), dans des couches de fluides de petite étendue horizontale. Des cartes de contours de la structure du champ de vitesse moyenné dans le temps, en conjonction avec une analyse spectrale de puissance à haute résolution, démontrent que plusieurs flux moyens sont stables sur une large plage de nombre de Rayleigh R, et que la séquence d'instabilités dépendantes du temps dépend du flux moyen. Un certain nombre de voies vers un mouvement non périodique ont été identifiées en variant le rapport d'aspect géométrique, le nombre de Prandtl et le flux moyen. Un mouvement quasi-périodique à deux fréquences conduit à un verrouillage de phase ou à un entraînement, comme identifié par un saut dans un graphique du rapport des deux fréquences. Le début de la non-périodicité dans ce cas est associé à la perte de l'entraînement à mesure que R augmente. Une autre voie vers la turbulence implique des bifurcations sous-harmoniques successives (ou doublement de période) d'un flux périodique. Une troisième voie contient un régime bien défini avec trois fréquences généralement incommensurables et sans bruit à large bande. L'analyse spectrale utilisée pour démontrer la présence de trois fréquences a une précision d'environ une partie dans 10 4 à 10 5. Enfin, nous observons un processus de non-périodicité intermittente d'abord identifié par Libchaber et Maurer à un nombre de Prandtl plus faible. Dans ce cas, le fluide alterne entre des états quasi-périodiques et non périodiques sur une plage finie de R. Plusieurs de ces processus sont également manifestés par des modèles mathématiques plutôt simples, mais la dépendance compliquée aux paramètres géométriques, au nombre de Prandtl et à la structure du flux moyen n'a pas été expliquée.