La convection thermique est à l'origine des écoulements turbulents tels qu'ils apparaissent dans une casserole d'eau chauffée sur une cuisinière. À plus grande échelle, elle gouverne aussi des phénomènes naturels comme les courants marins, les orages, les remontées magmatiques à l'origine des volcans ou même l'évolution des étoiles.

Pour mieux comprendre ces processus, les chercheurs ont mis au point un nouveau dispositif expérimental pour étudier le régime de convection turbulente : une cuve contenant un mélange eau-colorant est chauffée par une puissante lampe de 180 000 lumens. Un gradient de température se forme alors dans le liquide à partir du bas du récipient, où la lumière est fortement absorbée.

Des thermocouples permettent de mesurer l'efficacité du transfert thermique (flux de chaleur) dans la cuve, en fonction du gradient thermique imposé : de façon remarquable, une loi de puissance avec un exposant égal à 0,54 est observée. Celui-ci est sensiblement le même que celui décrivant la convection stellaire turbulente. Par contraste, un exposant de 0,31 est observé dans les expériences classiques (dites de Rayleigh-Besnard) où le gradient de température est imposé entre deux plaques. Comparé à ce type d'expérience, le nouveau dispositif permet donc de reproduire de manière bien plus fidèle à l'échelle du laboratoire les transferts thermiques dans les océans ou dans le plasma à l'intérieur des étoiles, sous l'effet de la fusion thermonucléaire.

Cette étude a été réalisée dans le cadre d'un projet ERC Starting Grant porté par Basile Gallet (Iramis).