Une couche limite se produit lorsqu’un fluide s’écoule devant une surface fixe. Il est généralement défini comme la région de fluide dont la vitesse est inférieure à 99 % du débit de fluide non entravé. En d’autres termes, c’est la zone d’un fluide en mouvement qui est ralentie de plus de 1 % par une surface stationnaire. La couche limite a été définie pour mieux comprendre la mécanique des fluides en divisant l’écoulement en deux régions qui présentent un comportement différent. Les régions à l’intérieur et à l’extérieur de la couche limite génèrent également des frottements de différentes manières.
L’un des premiers problèmes de la recherche en aérodynamique consistait à résoudre les équations complexes de Navier-Stokes, censées régir l’écoulement des fluides. Il existe de nombreux cas où les solutions des équations de Navier-Stokes ne sont pas connues. Il a été remarqué, cependant, que l’écoulement de fluide présentait deux modes de comportement généraux : laminaire et turbulent. Le flux laminaire est un flux régulier et prévisible, comme celui d’une balle tombant dans du miel. L’écoulement turbulent est aléatoire et violent, comme celui qui sort d’une lance à incendie.
La couche limite sépare ces deux zones d’écoulement du fluide. A l’intérieur de la couche limite, l’écoulement est principalement laminaire. Dans cette région, le comportement de l’écoulement est dominé par les contraintes visqueuses. La contrainte visqueuse est directement proportionnelle à la vitesse d’un objet qui passe ; un fluide très visqueux, comme le miel, impose beaucoup de friction aux objets qui le traversent rapidement. L’écoulement laminaire est caractérisé par un fluide s’écoulant en lignes parallèles sans irrégularités.
En dehors de la couche limite, l’écoulement du fluide est principalement turbulent. L’écoulement turbulent, qu’il soit liquide ou gazeux, présente un comportement similaire. Les variations chaotiques de la vitesse et de la direction des particules rendent impossible des prédictions précises avec les connaissances actuelles. L’effet du frottement dans l’écoulement turbulent est également différent de l’écoulement laminaire. Le frottement n’est généralement plus proportionnel à la vitesse du fluide dans le régime turbulent.
La raison pour laquelle les balles de golf ont des fossettes est liée à la couche limite d’air. À de faibles vitesses, comme pendant le putting, une balle de golf parfaitement sphérique n’aurait pas beaucoup de problème avec la friction de l’air. Cependant, lors d’un vol à grande vitesse, les balles de golf sphériques auraient une couche limite plus grande que les balles alvéolées, ce qui signifierait que plus d’air s’écoule de manière laminaire. Cet écoulement laminaire causerait en fait plus de friction de l’air qu’un écoulement turbulent. Les balles de golf alvéolées volent plus loin que leurs homologues sphériques car elles ont une couche limite plus petite et ne subissent pas autant de frottement de l’air.