Le célèbre poète anglais William Blake a imploré ses lecteurs de « voir le monde dans un grain de sable ». Dans Physique des Fluidespar AIP Publishing, des scientifiques de l’Université de Campinas, au Brésil, et de l’Université de Californie, à Los Angeles, ont fait exactement cela : étudier la dynamique « granulaire » de la formation des dunes de sable en forme de croissant.
Connues sous le nom de barkhanes, ces formations se trouvent généralement dans différentes tailles et circonstances, des dunes de la longueur d’un doigt sur le fond de l’océan, aux dunes de la taille d’un stade dans les déserts de la Terre, aux dunes qui s’étendent sur un kilomètre à la surface de Mars.
Jusqu’à présent, cependant, il y a eu un manque flagrant de calculs à l’échelle du grain de la croissance et de l’évolution des dunes barkhanes.
« Dans la nature, ces dunes peuvent mettre des années à se former sur Terre, ou des milliers d’années à évoluer sur Mars, donc généralement, au cours des dernières décennies, des simulations numériques ont été menées à grande échelle », a déclaré le co-auteur Erick Franklin. « Les calculs de suivi de chaque grain étaient presque impossibles. Nos résultats montrent comment effectuer des calculs pour résoudre, à la fois, la morphologie des barkhanes, le mouvement des grains et les détails de l’écoulement des fluides qui influencent les forces sur chaque grain. »
À l’aide d’une approche CFD-DEM (dynamique des fluides computationnelle/méthode des éléments discrets), Franklin et ses collègues ont effectué des simulations en appliquant les équations de mouvement à chaque grain d’un pieu déformé par un écoulement de fluide.
« Nous avons exploré les différents paramètres impliqués dans les calculs numériques en effectuant des simulations exhaustives à l’aide de petites dunes dans des environnements aquatiques et en les comparant à des expériences. Nous avons montré les plages de valeurs pour le calcul correct des dunes barkhanes jusqu’à l’échelle du grain », a déclaré Franklin. « Cette étude aide à ouvrir la voie à une enquête plus approfondie sur la transmission des forces dans les dunes et le mouvement des grains – et à l’intensification du sujet afin que les dunes plus grandes puissent désormais être étudiées à l’aide d’une puissance de calcul élevée. »
En effet, alors que les barkhanes martiennes et terrestres influencées par le vent se produisent sur des échelles de temps et de longueur beaucoup plus grandes que les cas aquatiques, qui se produisent en quelques minutes et centimètres, elles partagent de nombreuses dynamiques similaires.
« Grâce à nos résultats, les groupes de recherche peuvent désormais utiliser de grandes ressources informatiques pour simuler ailleurs des barkhanes qui se déroulent sur des décennies ou des millénaires », a déclaré Franklin. « Ceci est pertinent pour les géophysiciens, les hydrologues, les climatologues et les ingénieurs, car cela aidera à prédire avec précision l’avenir des champs de barchanes sur Terre et Mars et à fournir un compte rendu de leur histoire. »
Source de l’histoire :
Matériel fourni par Institut américain de physique. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.
