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1) Expérience Qualitative :
Que ce soit un corps solide qui se déplace dans un fluide, ou que ce soit un fluide qui circule autour d'un corps solide fixe, ne change rien aux effets de la viscosité hormis le fait que les couches proches de la paroi ne sont plus entraînées, mais freinées : elles présentent alors un déficit de vitesse. Etant de loin plus facile à mettre en oeuvre, la solution du corps fixe est la solution la plus souvent retenue. C'est le cas pour les expériences menées dans des cuves à bulles d'hydrogène qui ont ainsi permis de visualiser les effets du phénomène de viscosité.
Le principe des chambres à bulles d'hydrogène est simple : dans une cuve permettant une circulation d'eau (légèrement salée), un fil conducteur est immergé perpendiculairement à l'écoulement, auquel est appliquée périodiquement une tension, qui provoque alors une électrolyse discontinue de l'eau accompagnée d'un dégagement de bulles d'hydrogène, lesquelles sont entrainées par l'eau en mouvement. Ces bulles d'hydrogène générées àintervalles réguliers, dessinent dans le milieu aqueux une succession de lignes perpendiculaires à l'écoulement et matérisalisent ainsi soit une échelle de temps (courbes isochrones), soit une distribution de vecteurs vitesse.
Figure 9a
I1 suffit de plonger le corps à étudier juste derrière le fil pour observer, sur la successions de lignes de bulle, les perturbations apportées par sa présence. La figure 9 montre quelques exemples de perturbations occasionnées :
Figure 9b
Commentaires des figures 9
(a) - de t0 à t5, toutes les lignes de bulles rejoignent le bord d'attaque, ce qui prouve que la couche en contact avec la plaque est vraiment adhérente.
- le bord d'attaque présente une accumulation de bulles et une déformation de la ligne t0, ce qui montre que l'écoulement "voit" le bord d'attaque comme ayant une forme qui n'est pas celle (anguleuse) de la plaque.
(b) - si l'on compare le gradient de vitesse de t3 de la figure (a) avec celui de t3 de la figure (b ) (les 2 figures étant à la même échelle), on constate qu'à 20 cm du bord d'attaque, ce gradient a diminué, et qu'il est donc maximum au bord d'attaque. La trainée locale de frottement qui est proportionnelle à la contrainte tangentielle qui elle-même est propor- tionnelle au gradient de vitesse (à la surface de contact) est donc maximum au bord d'attaque et diminue en se rapprochant du bord de fuite (pour un même type d'écoulement, s'entend), en même temps d'ailleurs qu'augmente le nombre de Reynolds. Cela explique pourquoi les courbes des "Cf" de la figure 5 diminuent lorsqu'augmente le Reynolds.
- si l'on considère les lignes de bulles, on constate que sur une certaine distance de la plaque (environ 1 mm dans cet exemple), elles sont rectilignes (le gradient est linéaire) et qu'elles s'incurvent toutes à une même distance (2,5 mm) pour devenir perpendiculaires à la plaque et donc présenter un gradient de vitesse quasiment nul à partir de là. Dans cet exemple et en ce point, l'épaisseur de la couche limite est donc de 2,5 mm
(c) - Quoiqu'il s'agisse ici d'un tube, la problématique reste la même : comme il n'y a qu'un fil conducteur, toutes les lignes de bulles rejoignent le point de contact du fil à l'entrée du tube.
- la couche limite s`épaissit progressivement et la section apparente vue par l'écoulement diminue. Celui-ci s'accélère donc (conservation des débits), ce que l'on constate sur la figure puisque x2 est supérieur à xl
(d) - méme constatation qu'en (c) alors qu'il s'agit là de 2 plaques parallèles
- Entre 1 et 6, le gradient de vitesse diminue progressivement, les couches limites s'épaississent et l'espace "libre" (c'est à dire sans gradient de vitesse) diminue pour disparaître en 3 : les 2 couches limites interfèrent entre elles et la réalité de l'espace entre les plaques s'est totalement modifiée pour l'écoulement qui doit y passer.
Le premier constat à faire, c'est que la couche limite "déforme" les corps qu'elle entoure. La plaque plane s'épaissit ou plutôt se comporte comme si elle s'était épaissie. Ce qui est vrai pour la plaque plane l'est également pour les profils aérodynamiques qui peuvent alors être complètement "modifiés" par la couche limite au point parfois, et dans certaines conditions, de devenir parfaitement médiocres (voire dangeureux quand, s'agissant d'ailes, ils font l'objet de décrochages inopinés). On pourrait alors parler de profil "latent" par opposition au profil physique qui, lui, est "manifeste".