Allée de tourbillons de Karman

Sur ma voiture j’ai une antenne qui ressemble à celle de l’image. Un détaille qui m’a beaucoup intrigué est la fonction de la spirale qui s'enroule vers le haut.

Donné que l’antenne dans sa monture est légèrement incliné vers arrière, la spirale pourrait fonctionner comme une hélice qui poussé par le vent sert à le tirer sur le vis auquel l’antenne est rattaché. Dans cette hypothèse la spirale assurerait que l’antenne ne se devise pas, pourvu que la voiture avance plus qu’elle recule. Mais, sur mon antenne la spirale tourne dans le sens inverse. C’est-à-dire que la spirale tend à dévisser et ne pas visser l’antenne, quand exposé au vent de la vitesse.

L’explication doit être un autre. Peut-être que la spirale sert à casser les tourbillons de Karman. Ces allés apparaissent par tout dans le sillage de n’importe quel objet exposé au vent. Le phénomène est rarement visible mais parfois audible. La vidéo le montre bien. Le début est un peu lent mais après 45 secondes un allé de tourbillons commencent à se former.

 

Le phénomène fait que par exemple les lignes téléphoniques et les câbles sur un voilier chantent quand exposé au vent. Pourtant, peu audible, il est aussi présent autour de gros structures.

 Image pris par un satellite de nuages dans le sillage d'une île.

                                                   Cheminée entourés de spirales qui sert 

à casser les tourbillons de Karman. 

Peut-être que c’est ça la fonction de la spirale sur mon antenne, casser les tourbillons de Karman !

Le phénomène est mieux compris autour de structures simple, par exemple un cylindre. Le type de fluide, (dans la thermodynamique signifiant un gaz ou un liquide), a un impact assez limité, de l’ordre de 10%. Les deux paramètres principaux sont la vitesse et le diamètre. Une analyse de dimensions rend claire comment ils sont liés à la fréquence :

Une haute vélocité, V, augment la fréquence et un gros diamètre, D, l’abaisse. Si le diamètre d’une antenne d’une voiture est de 3 mm et si l’angle d’inclination vis-à-vis le vent est de 45 degrés, elle chantera la3 d’un diapason, égale à 440 périodes/s à 34 km/h. Mais, parce que mon antenne a une spirale, c’est-à-dire un D variable, qui repend le son sur un plus grand spectre, je n’ai pas l’occasion de l’entendre.

Il y a relativement peu des choses qui chant comme une antenne ou une ligne téléphonique. Dans les plus part de cas la fréquence n’est pas dans notre spectre audible. Pour un pont exposé au vent la fréquence des tourbillons est très basse et peut coïncider avec sa fréquence propre. Cela peut avoir des conséquences fatales. À voir sur cette vidéo.

 

À la première vu un allé de Karman dans le sillage d’un cylindre peut apparaitre chaotique. Pourtant, donné que le vent approchant n’a pas de rotation et ni le cylindre, il n’a rien qui incite la grand mass d’air passant de roter. C’est pour cette raison que les tourbillons, un sur deux, rotent en parfait contresens. Dans le chaos il y aussi de l’ordre.