J. Physique Lett. 42, 147-150 (1981)
DOI: 10.1051/jphyslet:01981004207014700

Convection de Bénard-Marangoni ; un pendule de Foucault ?

J. Pantaloni, P. Cerisier, R. Bailleux et C. Gerbaud

Laboratoire de Dynamique et Thermophysique des Fluides, Université de Provence. Centre de St-Jérôme, 13397 Marseille Cedex 13, France

Abstract
An experimental study of the stability of an hexagonal convective structure (Bénard-Marangoni convection) in a vessel with large aspect ratio shows the complete structure is always rotating in the same direction with a frequency of the order of 10-5 s-1. This phenomenon is disturbed only by the creation or disappearance of cells associated with displacements of structural defects (chiefly dislocations) which perhaps result from the poorly defined equilibrium state of the convective layer in the vessel. Under such conditions the structure drifts by even an infinitesimal perturbation. We show that, because the earth is rotating, the vertical component of the vorticity in the laboratory frame of reference is intrinsically non-zero and that the convective layer thus behaves like a Foucault's pendulum.

Résumé
L'étude expérimentale de la stabilité d'une structure convective hexagonale (convection de Bénard-Marangoni) dans une enceinte à grand rapport d'aspect met en évidence un mouvement de rotation d'ensemble de la structure qui s'effectue toujours dans le même sens à une fréquence de l'ordre de 10-5 s-1. Ce phénomène seulement perturbé par des créations ou disparitions de cellules associées aux déplacements de défauts structuraux (dislocations principalement) peut être attribué à la nature indifférente de l'équilibre de la couche dans son enceinte. La structure peut alors dériver sous l'effet d'une perturbation infinitésimale ; on montre que, du fait de la rotation de la terre, la composante verticale de la vorticité dans le repère du laboratoire est essentiellement non nulle et la couche convective pourrait alors se comporter de façon analogue à un pendule de Foucault.

PACS
4720 - Hydrodynamic stability and instability.
4725Q - Convection and heat transfer.
4730 - Rotational flow, vortices, buoyancy and other flows involving body forces.

Key words
convection in liquids -- flow instability -- vortices -- Benard Marangoni convection -- Foucault's pendulum -- stability -- hexagonal convective structure -- structural defects -- dislocations -- equilibrium state -- Earth -- vertical component -- vorticity