[Henri Bénard : la découverte des structures dissipatives hors de l'équilibre]
La première étude expérimentale quantitative de la convection thermique a été réalisée par Henri Bénard, qui a publié ses premiers résultats dans deux notes aux Comptes rendus en 1900. Après avoir décrit les premières expériences de Bénard, puis celles effectuées par ses étudiants, nous mentionnons les travaux théoriques qui ont permis d'aboutir à une compréhension correcte des expériences, plus de cinquante ans plus tard. Nous passons ensuite en revue des résultats plus récents sur les structures spatiales engendrées par instabilitiés qui sont en relation avec les travaux expérimentaux de Bénard et de ses étudiants.
The first quantitative experimental study of thermal convection has been performed by Henri Bénard, who presented his results in two articles published in the Comptes rendus in 1900. After describing the first experiments of Bénard and the ones he performed later with his students, we discuss some theoretical steps that led to the full understanding of Bénard's experiments more than fifty years later. We then shortly review some more recent aspects of pattern-forming instabilities that are directly related to the experimental work conducted by Bénard and his students.
Mot clés : Instabilités hydrodynamiques, Structures, Systèmes dissipatifs
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Stéphan Fauve. Henri Bénard and pattern-forming instabilities. Comptes Rendus. Physique, Volume 18 (2017) no. 9-10, pp. 531-543. doi : 10.1016/j.crhy.2017.11.002. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/j.crhy.2017.11.002/
[1] Etude expérimentale du mouvement des liquides propageant la chaleur par convection. Régime permanent: tourbillons cellulaires, C. r. hebd. séances Acad. sci. Paris, Volume 130 (1900), pp. 1004-1007
[2] Mouvements tourbillonnaires à structure cellulaire. Etude optique de la surface libre, C. r. hebd. séances Acad. sci. Paris, Volume 130 (1900), pp. 1065-1068
[3] On the forms and states assumed by fluids in contact with vibrating elastic surfaces, Philos. Trans. R. Soc. Lond., Volume 52 (1831), pp. 319-340
[4] Hydrokinetic solutions and observations, Philos. Mag., Volume 42 (1871), pp. 362-377
[5] Travaux récents sur les tourbillons cellulaires et les tourbillons en bandes. Applications à l'astrophysique et à la météorologie, J. Phys. Radium, Volume 9 (1938), pp. 486-500
[6] Convection in stars, Annu. Rev. Astron. Astrophys., Volume 9 (1971), pp. 323-352
[7] Nonlinear thermal convection, Annu. Rev. Fluid Mech., Volume 7 (1975), pp. 39-61
[8] Convective instability: a physicist approach, Rev. Mod. Phys., Volume 49 (1977), pp. 581-624
[9] Nonlinear properties of convection, Rep. Prog. Phys., Volume 41 (1978), pp. 1929-1967
[10] Transition to turbulence in Rayleigh–Bénard convection (H.L. Swinney; J.P. Gollub, eds.), Hydrodynamic Instabilities and the Transition to Turbulence, Topics in Applied Physics, vol. 45, Springer, Berlin, 1985, pp. 97-137
[11] Scientific biography of Henri Bénard (1874–1939) (I. Mutabazi; J.E. Wesfreid; E. Guyon, eds.), Dynamics of Spatio-Temporal Cellular Structures, Springer Tracts in Modern Physics, vol. 207, Springer, New York, 2006, pp. 9-37
[12] Les tourbillons cellulaires dans une nappe liquide transportant de la chaleur par convection en régime permanent, Ann. Chim. Phys., Volume 23 (1901), pp. 62-144
[13] Formation périodique de centres de giration à l'arrière d'un obstacle en mouvement, C. r. hebd. séances Acad. sci. Paris, Volume 147 (1908), pp. 839-842
[14] Etude cinématographique des remous et des rides produits par la translation d'un obstacle, C. r. hebd. séances Acad. sci. Paris, Volume 147 (1908), pp. 970-972
[15] On convection currents in a horizontal layer of fluid, when the higher temperature is on the under side, Philos. Mag. Ser. 6, Volume 32 (1916), pp. 529-546
[16] Théorie analytique de la chaleur, vol. II, Gauthier-Villars, Paris, 1903
[17] On maintained convective motion in a fluid heated from below, Proc. R. Soc. A, Volume 176 (1940), pp. 312-343
[18] On the solution of the Bénard problem with boundaries of finite conductivity, Proc. R. Soc. Lond. A, Volume 296 (1967), pp. 469-475
[19] Sur les tourbillons cellulaires et la théorie de Rayleigh, C. r. hebd. séances Acad. sci. Paris, Volume 185 (1927), pp. 1109-1111
[20] Sur la stabilité des tourbillons cellulaires, C. r. hebd. séances Acad. sci. Paris, Volume 154 (1912), pp. 974-977
[21] Sur les tourbillons en festons, C. r. hebd. séances Acad. sci. Paris, Volume 200 (1935), pp. 1285-1287
[22] Surface tension as the cause of Bénard cells and surface deformation in a liquid film, Nature, Volume 178 (1956), pp. 650-651
[23] On convection cells induced by surface tension, J. Fluid Mech., Volume 4 (1958), pp. 489-500
[24] Sur les courants de convection dans l'atmosphère dans leur rapport avec le vol à voile et certains types de nuages, C. r. hebd. séances Acad. sci. Paris, Volume 171 (1920), pp. 42-44
[25] Sur les tourbillons en bandes, C. r. hebd. séances Acad. sci. Paris, Volume 194 (1932), pp. 52-53
[26] Sur les formes ondulées des tourbillons en bandes longitudinales, C. r. hebd. séances Acad. sci. Paris, Volume 204 (1937), pp. 167-169
[27] Sur les tourbillons en bandes dans les liquides, C. r. hebd. séances Acad. sci. Paris, Volume 204 (1937), pp. 1461-1463
[28] On the stability of steady finite amplitude convection, J. Fluid Mech., Volume 23 (1965), pp. 129-144
[29] Nonlinear convection in a layer with nearly insulating boundaries, J. Fluid Mech., Volume 90 (1980), pp. 243-250
[30] Structure quasicristalline engendrée par instabilité paramètrique, C. R. Acad. Sci. Paris, Ser. II, Volume 315 (1992), pp. 417-420
[31] Patterns and quasi-patterns in the Faraday experiment, J. Fluid Mech., Volume 278 (1994), pp. 123-148
[32] Nonlinear pattern formation of Faraday waves, Phys. Rev. Lett., Volume 78 (1997), pp. 4043-4046
[33] Turbulent crystals in macroscopic systems, J. Phys. A, Volume 26 (1993), p. L429-L434
[34] Finite bandwidth, finite amplitude convection, J. Fluid Mech., Volume 38 (1969), pp. 279-303
[35] Distant side-walls cause slow amplitude modulation of cellular convection, J. Fluid Mech., Volume 38 (1969), pp. 203-224
[36] Critical effects in Rayleigh–Benard convection, J. Phys. France, Volume 39 (1978), pp. 725-731
[37] Persistent propagation of concentration waves in dissipative media far from thermal equilibrium, Prog. Theor. Phys., Volume 55 (1976), pp. 356-369
[38] Stability and fluctuations of a spatially periodic convective flow, J. Phys. Lett., Volume 40 (1979), pp. 609-612
[39] Phase dynamics of weakly unstable periodic structures, Prog. Theor. Phys., Volume 71 (1984), pp. 1182-1196
[40] Propagative phase dynamics for systems with Galilean invariance, Phys. Rev. Lett., Volume 55 (1985), pp. 2857-2860
[41] Large scale instability of nonlinear standing waves, J. Phys. Lett., Volume 46 (1985), pp. 787-791
[42] Parity-breaking transitions of modulated patterns in hydrodynamic systems, Phys. Rev. Lett., Volume 63 (1989), pp. 1954-1957
[43] Drift instabilities of cellular patterns, J. Phys. II, Volume 1 (1991), pp. 311-322
[44] On the phenomenology of tilted domains in lamellar eutectic growth, J. Phys. I, Volume 2 (1992), pp. 281-290
[45] Subcriticality of the zigzag transition: a nonlinear bifurcation, Phys. Rev. E, Volume 91 (2015)
Cité par Sources :
Commentaires - Politique
The Rayleigh–Benard problem in extremely confined geometries with and without the Soret effect
Jean K. Platten; Manuel Marcoux; Abdelkader Mojtabi
C. R. Méca (2007)
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Pierre-Antoine Bois
C. R. Méca (2007)