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Concept
Instabilité de Kelvin-Helmholtz
Résumé
thumb|right|250px|Onde de Kelvin-Helmholtz rendue visible en aval du mont Duval en Australie par la formation de nuages de type fluctus
vignette|Une instabilité de Kelvin-Helmholtz vue d'un planeur au-dessus de Grenoble (France).
L’instabilité de Kelvin-Helmholtz est un mouvement ondulatoire en dynamique des fluides qui se forme lorsque deux fluides thermiquement stables sont superposés et se déplacent à des vitesses différentes à leur surface de contact.
L'effet a été étudié au par les physiciens Lord Kelvin et Hermann von Helmholtz qui ont montré que la différence de vitesse va engendrer un flot turbulent transversal à la frontière. La théorie peut être appliquée de la même façon à l'intérieur d'un fluide de densité uniforme mais ayant des couches se déplaçant à des vitesses différentes ou des fluides de densités différentes superposés.
Cette instabilité joue un rôle important dans de nombreuses situations géophysiques : dans la dynamique de l'atmosphère et des océans, dans le comportement des plasmas, etc. Les structures tourbillonnaires, onde ou lame de Kelvin-Helmholtz, résultant de l'instabilité contribuent de façon significative au transport de quantité de mouvement, de température et de polluants. La compréhension de la génération de ces instabilités permet de mieux les représenter dans les modèles dont la résolution n’est pas suffisante pour permettre de les résoudre explicitement.
thumb|La différence de vitesse dans les deux fluides tend à former un cisaillement graduel et une rotation
thumb|Si on plaçait des pales dans ce cisaillement du flux, on voit le sens du tourbillon induit
Pour de faibles vitesses de deux fluides glissant l'un par rapport à l'autre, l'interface, stabilisée par la gravité et la tension de surface, est horizontale. Pour une différence de vitesse critique à l'interface, on assiste à une déstabilisation et des ondes propagatives apparaissent et deviennent rapidement non-linéaires. L'instabilité est d'origine inertielle avec un seuil indépendant de la viscosité des fluides mais avec un taux de croissance et une vitesse des ondes affectés par la dissipation aux frontières.
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