La magie des vortex toroïdaux

Quel est le point commun entre les volcans, la bombe Tsar et les dauphins ? Facile : ce sont les vortex toroïdaux. 

Vortex toroïdal ? quesaquo ? derrière ce nom barbare se cache un phénomène physique de mécanique des fluides qui s'apparente à la création d'un anneau dans l'air ou dans l'eau. Pour les volcans ou les fumeurs invétérés, on parle souvent de ronds de fumée.

                                                

Le vortex toroïdal se forme lorsque un fluide se met à tourner rapidement sur lui même, en formant un anneau qui ressemble à une sorte de donuts. 

Pour obtenir un vortex toroïdal, il faut envoyer un courant d'air, de manière brève et discontinue, à travers une ouverture. L'air expulsé au centre se déplace plus vite que l'air sortant près des bords de l'ouverture. L'air sur les bords va alors être aspiré et entrainer la création d'un mouvement circulaire : cela forme un vortex en forme d'anneau. Sa forme peut se maintenir plusieurs minutes en raison du mouvement de rotation de l'air dans le vortex.

Le phénomène peut se produire dans l'air par les volcans ou les tirs d'artillerie, ou bien dans l'eau par certaines créatures marines comme les dauphins, baleines ou beluga.

• Volcans :

Dans le cas des volcans, ce sont les fumerolles et l'air chaud sortant du cratère qui sont à l'origine du phénomène. Il faut que l'air soit expulsé de manière discontinue et que la géométrie du conduit volcanique soit adaptée (obstruction d'une partie du cratère). L'anneau qui sort du conduit volcanique est en mouvement permanent par rapport au fluide qui l'entoure et va s'éloigner doucement du cratère.

L'anneau se déplace en moyenne à une vitesse 2 fois plus faible que celle de l'air chaud ascendant sortant du volcan. La durée de vie de l'anneau dépend de la stabilité de l'air, un coup de vent ou un oiseau qui passe peuvent provoquer la dislocation de l'anneau.

On retrouve ces anneaux sur des volcans comme l'Etna, le Stromboli ou Eyjafjallajökull, entre autres.

La vidéo et les images spectaculaires suivantes sont liées à l'éruption de l'Etna en 2000 :

• Sous l'eau aussi :

Les créatures marines ont le don de créer de magnifiques vortex toroïdaux : il expulsent un jet d'air par la bouche ou par l'évent, en donnant un mouvement de tête rapide. Ils s'amusent ensuite à jouer avec l'anneau, à le couper ou à le manger. Voici 2 vidéos : la première avec des dauphins, et la seconde avec des baleines.

• Activités humaines :

Les tirs d'artillerie ou l'explosion de la bombe Tsar provoquent eux aussi de gros, voir très gros vortex...