Vortex toroïdal ou anneau de fumée.

Un phénomène essentiellement esthétique et par conséquent peu analysé par les volcanologues : les ronds de fumée émis par les volcans. Comme le disait poétiquement Haroun Tazieff, « le volcan fume la pipe ». 

L'air expulsé au centre se déplace plus vite que l'air sortant de l'ouverture près de bord ... l'air sur les côtés est aspiré et un mouvement circulaire est créé : un vortex en forme d'anneau en résulte; sa forme se maintient en raison du mouvement de rotation de l'air qui circule dans le vortex. 

                             Les mouvements de fluides dans un vortex toroïdal 

C’est à peu près le même mécanisme qu’on utilise pour faire les ronds de fumée en fumant. 

L’anneau qui sort du conduit volcanique ne peut rester immobile, il est en mouvement permanent par rapport au fluide qui l’entoure. L’anneau ne peut « flotter » au dessus du cratère, il va s’en éloigner fatalement.

Cet anneau est éphémère : dans un milieu calme, en laboratoire, un anneau de fumée peut durer plusieurs heures ; les forces de contact entre les molécules maintiennent le système. Si de l’énergie est introduite dans le système, les forces cinétiques vont primer sur la viscosité et l’anneau va se détruire. 

Stromboli - un fort vent du nord-est souffle sur le Pizzo, et les turbulences déforment et dissipent successivement les anneaux de fumée. - - avec l'aimable autorisation de M.Fulle / Stromboli On Line (SOL). 

En milieu naturel, l’anneau se déplace en moyenne à une vitesse deux fois moins grande que la vitesse de l’air chaud ascendant du volcan. Cette vitesse est fonction de la circulation du fluide autour du cœur. Plus la vitesse est rapide, plus l’anneau se déplace vite. Elle dépend aussi du rayon de l’anneau : quand son rayon augmente, l’anneau ralentit … parce que chaque partie de l’anneau s’éloigne de celle d’en face qui lui communiquait sa vitesse.

La durée de vie de l’anneau dépendra de la stabilité de l’air … qu’un oiseau vienne à passer, un coup de vent brusque à se manifester, et la belle symétrie de l’anneau se verra perturbée ; un côté de celui-ci va tourner plus vite que l’autre et la dislocation deviendra inévitable. 

Un beau sujet de thèse, qui nécessite de maîtriser le domaine de la circulation des fluides, les ratios caractérisants l'émission gazeuse au moment du phénomène, et plus difficile la morphologie, la forme exacte de la cheminée du volcan; la chance est de plus un facteur clef pour multiplier les observations ... est-ce du domaine du possible ? 

Ces anneaux se rencontrent sur des volcans connus : comme l’Etna, le Stromboli, le Tungurahua (Equateur)... entre autres.

Ils sont souvent liés aux éruptions de type strombolien ... il serait intéressant de savoir si la formation des anneaux leur est inféodée, ou s'ils se manifestent aussi dans d'autres types d'éruptions. 

Marco Fulle, de "Stromboli on line", en a fait divers clichés très instructifs en 2000 et 2002, tant sur le Stromboli que sur l'Etna.

Deux exemplaires de ronds de vapeur, produits le 01.06.200 par la Bocca Nuova de l'Etna après de nombreux cycles stromboliens - avec l'aimable autorisation de M.Fulle / SOL - un clic sur la photo vous mène vers sa page. ( 1 June 2000, 9:00, f=135mm from Torre Del Filosofo ). 

Close-up sur un anneau de vapeur, où M.Fulle nous détaille l'anneau comme formé de plusieurs tubes co-axiaux, avec perte du tube le plus externe - - avec l'aimable autorisation de M.Fulle / SOL. (25 May 2000, 17:00, f=300mm from Torre Del Filosofo) 

Entre le 2 et le 6 avril 2000, la Bocca Nuova a émis toutes les 10 minutes des ronds de fumée de 20 à plus de 50 mètres de large, s'élargissant jusqu'à 200 mètres, en dérivant de 5 à 15 minutes avant de se briser et de disparaitre. (Thorsten Boeckel)

                       Eruption  de l'Eyjafjallajökull 2010   - photo Steve & Donna O'Meara 

  Vortex émis par le Tungurahua / Equateur - photo Benjamin Bernard / IRD - 30.05.2010 

Une tentative d'explication avec la théorie sur les vortex toroidaux (ou anneau tourbillonnant) : défini comme une région où un fluide en rotation se déplace au sein d'un fluide de même nature ou différent, en prenant une allure de "doughnut" - de beignet, une forme toroidale.

Le mouvement du fluide est autour de l'axe poloïdal ou circulaire de l'anneau, dans un mouvement tourbillonnaire de torsion.

Les vortex toroidaux furent analysés par un physicien allemand, Herman von Helmholtz, qui en fit un modèle mathématique en 1867.. 

Ces vortex , fluide dans fluide, sont illustrés par les ronds que produisent cartains fumeurs, par les volcans qui émettent des "smoke ring" ou des " steam ring"(ronds de fumée ou de vapeur), mais aussi dans le cas d'une interface eau/gaz respiratoires, comme ceux émis par les cétacés, tels  que dauphins et baleines.

(voir l'article : Les anneaux d'argent)

Dans la vidéo ci-dessous, on peut voir un dauphin émettre ce genre de vortex, puis jouer avec l'anneau ou le manger, ou encore un beluga en faire un avec la bouche ; les hommes peuvent aussi en générer ... lors d'explosions atomiques de bombes H. 

 Une explication dans "The supernatural world" par Don White - "les mystérieux anneaux d'argent des dauphins"  :

" Les anneaux d’argent sont des "anneaux de vortex à noyau d’air", et les spirales sont un phénomène similaire. D’invisibles vortex en rotation dans l’eau sont générés par le bout de l’aileron dorsal d’un dauphin quand il bouge rapidement et qu’il tourne. Selon Hans : "Etant instable, sans limite à proximité, la ligne du vortex tend à prendre une forme plus stable telle qu’une hélice. Quand le dauphin casse la ligne, les extrémités sont réunies en anneaux fermés. En raison de l’effet Bernouilli, le fluide à plus grande vitesse autour du noyau du vortex est à plus basse pression que le fluide qui circule au loin. L’air est injecté dans les anneaux via les bulles libérées de l’évent du dauphin." L’énergie du vortex d’eau est suffisante pour empêcher les bulles de s’élever pendant une durée raisonnablement longue, de l’ordre de 10 secondes. Il semble aussi qu’il y ait un mécanisme séparé pour produire de petits anneaux , ce qu’un dauphin peut accomplir d’une rapide chiquenaude de sa tête." 

Sources:

 2 vortex géants découverts dans l'océan 

Quelques chiffres et infos incroyables sur nos océans : 

Le corps humain est composé à 60 % d’eau pour l'adulte, et 70% chez les nourrissons, près de 70 % de la surface de la Terre est recouverte d’eau, dont 97 % d’eau salée et 3 % d’eau douce. 

L’eau est présente sous forme gazeuse, liquide et solide. La température de vaporisation de l'eau dépend directement de la pression atmosphérique, ainsi par exemple, au sommet de l'Everest, l'eau bout à environ 68 °C, à comparer aux 100 °C au niveau de la mer. 

Réciproquement, les eaux profondes de l'océan près des courants géothermiques (volcans sous-marins par exemple) peuvent atteindre des températures de centaines de degré et rester liquides. 

L’eau des océans de la Terre représente, plus de 1 milliard de Km3, soit  1 320 millions de KM3, soit 1 320 millions de cubes de 1 Km de coté… 

Il se passe d’étranges choses, dans nos océans depuis quelques temps…  

Des scientifiques américains, ont découvert au large de la Guyane et du Suriname deux tourbillons géants. C'est une découverte sensationnelle car cette partie de l'océan n'a plus aucun secret pour eux et ce phénomène ne devrait pas apparaitre dans cette zone.

Plus important encore, personne jusqu'à présent ne comprend l'origine de ces tourbillons inconnus, ni les surprises qu'ils apporteront aux gens…

Pour Guilheme Castellane, scientifique brésilien, les deux entonnoirs ont un diamètre aproximatif de 400km de diamètre !

Ils auraient été impliqués dans les changements climatiques enregistrés ces dernières années, par la forte influence qu'ils exercent.

Tournant dans le sens des aiguilles d'une montre, leur déplacement dans l'océan est comparable à deux "freesbee" géants, tel deux disques jetés en l'air."La vitesse de rotation, de 1 mètre par seconde est sufisamment importante en comparaison à la vitesse des courants océaniques, pour générer une vague de 40cm de hauteur en bordure de trémie" dit Castellane. Même pendant la saison sèche, quand la circulation des courants océaniques et le débit du fleuve Amazone sont pratiquement au point mort, les entonnoirs ne disparaissent pas. En conséquence de quoi, l'écoulement d'un des plus grand fleuve du monde dans l'océan n'est pas à l'origine de la formation des entonnoirs. Le phénomène naturel qui crée ces tourbillons est inconnu de la science moderne.

En fait, le phénomène des tourbillons géants dans l'océan mondial n'est pas nouveau. La formation de cratères ou anneaux comme le disent les scientifiques, est générée par les courants verticaux. Ces derniers, à leur tour, apparaissent en raison de différences dans la densité de l'eau, induites par l'écart de température. C'est un secret de polichinelle selon quoi l'eau froide est plus épaisse et plus lourde, donc descend sous les masses d'eau chaude, qui est plus légère. C'est la raison pour laquelle les courants chauds dans l'océan mondial ont toujours un flux au plus près de la surface, alors que les courants froids ont un débit qui se rapproche vers le fond.

Cependant, il se peut que ces mouvements de l'eau ne soient pas toujours liés à la différence de température de la colonne d'eau ; la différence de salinité peut entrer en compte et être une raison, le mécanisme étant identique. Sachant que la densité de l'eau salée est plus élevée, cette eau plus lourde se dirige vers le fond poussant l'eau moins dense à remonter. Ce mécanisme d'échange vertical survient fréquemment sous les tropiques où les températures élevées favorisent l'évaporation de l'eau de surface.

Le sel ne s'évaporant pas avec l'eau, il reste dans l'océan, élevant le degré de salinité de la couche supérieure. Cette couche s'enfonce et cède la place aux eaux moins salées des profondeurs.

les scientifiques pensent que ces mouvements d'eau verticaux créent des tourbillons géants de dizaines et même de centaines de kilomètres de diamètre, qui peuvent durer des mois, voire des années .

Cependant, le mouvement vertical des eaux est un processus lent.

Pourquoi ces tourbillons existent depuis un temps aussi long ?

C'est partiellement du à l'effet du champ magnétique terrestre …

En effet, l'eau de mer contient plusieurs ions chargés, Na et Cl par exemple. Pour couronner le tout, les molécules sont dipôles, c'est à dire chargées positivement et négativement. Toutes ces molécules dipôles sont alors alimentées et suivent le déplacement du champ magnétique. Un anneau océanique rassemble des millions de milliards de molécules.

C'est pourquoi, d'un point de vue mécanique, le mouvement de ces cercles géants, déclenché par le mouvement vertical de l'eau, peut durer des mois, des années .

Les Ions donnent aussi plus de puissance aux cratères : le NaCl (chlorure de sodium) ainsi chargé suit le mouvement du champ magnétique et participe à la formation et à l'apparition de ces cercles.

Il n'est pas exclu que la raison de l'apparition de tourbillons au large de la Côte d'Amérique du sud soit la même que dans d'autres parties de l'océan mondial. Les scientifiques étudient actuellement l'influence de ces entonnoirs géants sur le climat de l'Amérique latine et en Afrique.

Ces tourbillons montrent l'influence sur l'atmosphère qui forme la masse d'air cyclonique. Ils peuvent également affecter le mouvement de masse d'air formé dans d'autres endroits. Pour l'instant, les scientifiques ne savent pas comment les cratères d'eau nouvellement découverts peuvent influer le climat de l'Amérique centrale et de l'Amérique du Sud.

Source : pravda