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Coriolis et légendes

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Il est courant de croire que le sens de rotation des liquides vers l'évacuation des réservoirs ou des éviers est le sens inverse des aiguilles d'une montre au nord de l'équateur et le sens des aiguilles d'une montre au sud, en raison de l'effet de Coriolis. Aujourd'hui, nous vous livrons quelques éléments scientifiques pour démystifier cette croyance populaire.

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L’effet ou la force de Coriolis est une force apparente causée par la rotation de la terre. Un corps en mouvement sera déplacé vers la droite dans l'hémisphère nord et vers la gauche dans l'hémisphère sud. La force de Coriolis est nulle à l'équateur et voit son intensité augmenter vers les pôles. L'effet de Coriolis joue un rôle très important dans la dynamique atmosphérique et la météorologie, car il affecte les mouvements des fluides à grande échelle, en particulier les vents, la formation et la rotation des tempêtes ainsi que la direction des courants océaniques.

Mais la force de Coriolis peut-elle réellement influencer la rotation des liquides vers l'évacuation de votre lavabo, de votre baignoire ou autre...?

Pour répondre oui à cette question, il faudrait supposer que la force de Coriolis est prédominante sur l'écoulement de l'eau. Cependant, il a été prouvé que pour avoir un effet de Coriolis significatif, le mouvement d'un corps doit persister pendant une période de temps importante, plusieurs heures au moins, et ce n'est probablement pas le cas de votre volume d’eau qui s’écoule dans le lavabo ou votre baignoire.

La réponse est donc non : l'eau de votre canalisation tourne dans les deux sens dans les deux hémisphères car elle est davantage influencée par d'autres forces, comme la force centrifuge, que par la force de Coriolis.

En d'autres termes, l'eau de votre lavabo descend trop vite dans l’évacuation pour être influencée par la rotation de la terre via la force de Coriolis.

Pourtant, de nombreux touristes revenant de Quito pourront vous assurer qu'effectivement, le phénomène est bien présent, puisqu'il semble que la rotation du tourbillon du puits magique s’inverse en se déplaçant simplement de quelques mètres de part et d’autre de l’équateur, ou bien que l’eau s’écoule sans rotation lorsqu’on se trouve à cheval sur l'équateur. Technique astucieuse et rusée pour verser l'eau ou influence de Coriolis ?

Nous vous proposons une théorie scientifique pour dissiper ce mythe :

Nous voulons donc comprendre si l'effet qui prédomine dans l’évier est dû à la force centrifuge ou à Coriolis. Carl-Gustaf Rossby, un pionnier de la recherche sur les mouvements atmosphériques, a calculé le rapport entre ces deux forces et l'a appelé nombre de Rossby, noté Ro.

Lorsque le nombre de Rossby est très faible, la force de Coriolis prédomine sur la force centrifuge, influençant la rotation selon l'hémisphère de la terre. Dans le cas de l’eau de votre évier, la spirale qui se forme est à considérer comme une zone de basse pression, donc pour l'effet de Coriolis elle devrait tourner dans le sens inverse des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère nord (remarquez alors l'erreur dans les dessins du caricaturiste Dilbert en Fig. 1?).

Si, en revanche, le nombre de Rossby est élevé, c'est la force centrifuge qui prédomine, permettant au tourbillon de votre évier de prendre n'importe quel sens de rotation, quel que soit l'hémisphère dans lequel vous vous trouvez.

Pour vérifier ces hypothèses de façon quantitative, essayons donc de calculer le nombre de Rossby de votre évier à l’aide de sa formule ci-dessous :

Avec :

  • V la vitesse linéaire de l'eau en mouvement dans l'évier, supposons 1 m/s ;
  • f la fréquence de Coriolis, qui pour la latitude de Neuchâtel (47.0108°) est de 0.0001064 1/s ;
  • L la longueur caractéristique, c’est-à-dire la distance sur laquelle le phénomène se produit, approximativement 1 mètre dans le cas de notre évier.

Le nombre de Rossby vaut donc environ Ro = 9398,5. Autrement dit, la force centrifuge est grande devant la force de Coriolis.

Cela nous indique avec une certitude mathématique que la rotation du tourbillon d'écoulement de notre puits n'est pas principalement liée à la force de Coriolis et peut donc se faire dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse, quelle que soit sa position par rapport à l'équateur.

Déception ?

Eh bien, si vous placez un grand bassin parfaitement rond, avec un très petit drain placé exactement sur l'axe, dans une pièce hermétiquement fermée et protégée de toute influence extérieure pendant de nombreux jours et que vous retirez le bouchon sans affecter le liquide ou son environnement, laissez l'eau s'écouler très très lentement et pendant un temps long, la rotation qui suivra sera peut-être dictée principalement par la force de Coriolis...

Librement traduit et adapté de : Understanding the Atmosphere, Steven A. Ackerman et John A. Knox, Jones & Bartlett Learning, troisième édition.