Vortex (effet) (HU)

Traduction anglaise : Vortex effect

Dernière mise à jour : 09/07/2025

De façon rigoureuse, un vortex est un tourbillon qui se développe dans un plan horizontal au sein d'un fluide et qui est doté d'une vitesse angulaire constante.

Propriétés physiques des vortex

Du fait de la constance de la vitesse angulaire, la vitesse absolue des particules en chaque point est inversement proportionnelle à la distance entre ce point et le centre du tourbillon. En théorie, la vitesse tend donc vers l'infini au centre du tourbillon. Même si, dans les systèmes physiques réels, la vitesse angulaire se réduit du fait des frottements lorsque l'on se rapproche du centre, les vitesses peuvent cependant atteindre de très grandes valeurs et les vortex sont des phénomènes extrêmement violents. Une tornade est un exemple emblématique de vortex atmosphérique.

Du fait du principe de Bernoulli, l'augmentation de la vitesse s'accompagne d'une diminution potentiellement très importante de la pression. Dans un liquide, cette chute de pression se traduit par un abaissement spectaculaire du niveau (voir figure 1). Réciproquement c'est souvent la chute de pression en un point qui est à l'origine de la formation d'un vortex.

Figure 1 : Exemple de tourbillon vortex dans un cours d'eau : la chute de pression au centre du tourbillon se manifeste par un abaissement très rapide de la ligne d'eau ; crédit photo Bernard Chocat.

Importance des vortex en hydrologie

En hydrologie ce phénomène se rencontre dans différents domaines :

• en météorologie : les mouvements atmosphériques peuvent créer des vortex à toutes les échelles : le vortex polaire, capable d'apporter de l'air très froid dans les zones tempérées, se développe à une échelle continentale, les petits tourbillons qui projettent du sable sur les plages en été mesurent quelques mètres de diamètre ; les cyclones et les tornades correspondent à des échelles intermédiaires ;
• en hydraulique : on rencontre des maelstroms dans la plupart des océans et un vortex se forme lorsque l'on vide sa baignoire ; à une échelle encore plus petite, et du fait de la chute de pression dont ils sont responsables, les vortex sont l'une des causes du phénomène de cavitation susceptible d'accélérer l'usure de différents éléments mécaniques.

Utilisation de l'effet vortex

Les particularités des vortex permettent de les utiliser de multiples façons :

• pour séparer l'eau des particules qu'elle contient en utilisant l'accélération tangentielle qui lui est associée (voir Séparateur hydrodynamique (HU)) ;
• pour dissiper l'énergie, par exemple dans un puits (voir Vortex (puits) (HU) ;
• pour réguler un débit (voir Limiteur de débit (HU) ;
• etc.

On trouve aussi de très belles descriptions des vortex dans la littérature :

« Cela faisait à la surface de l'eau un entonnoir aux parois luisantes, un tourbillon tranquille et fort si continûment régulier qu'il apparaissait immobile. Mais par instants, quelque feuille morte, quelque brindille de jonc desséchée approchait avec lenteur, aspirée d'un attrait invincible, accélérait son glissement peu à peu, et, basculant soudain, s'engouffrait en une chute vertigineuse. » Maurice Genevois (dans « Raboliot »).

Pour en savoir plus :

• article de wikipédia