Moteur de recherche

 

Espace presse

Paris, 3 juin 2003

Quand un liquide rencontre un bain de même nature…

Que se passe-t-il quand nous versons un liquide dans un récipient ? Les travaux réalisés par les chercheurs du Laboratoire des fluides organisés (CNRS – Collège de France) permettent d'apporter des éléments de réponse à cette question : ils ont en effet identifié les paramètres qui interviennent dans la formation et la cassure de la pointe qui apparaît quand nous réalisons cette action.

Dans leurs travaux, les chercheurs ont analysé ce qui se passe lorsqu'un liquide entre en collision avec un bain de même nature, comme cela se passe lors du remplissage d'un récipient ou d'un moule, ou à la retombée de la vague d'étrave d'un navire… A faible vitesse d'impact, le choc creuse un peu le bain. Si l'on augmente cette vitesse, le creux est plus profond mais surtout, une forme pointue apparaît à sa base. A l'œil nu, cette pointe apparaît extrêmement acérée, et ce en dépit de l'action régularisatrice de la tension de surface qui s'oppose à l'apparition de telles singularités. Et de fait, en observant de plus près cette pointe au microscope, on peut mesurer son rayon de courbure dont l'ordre de grandeur est de 10 microns. Les scientifiques ont également montré que ce rayon décroît exponentiellement avec la vitesse d'impact : une faible augmentation de la vitesse d'impact du liquide entraîne une très grande diminution du rayon de courbure.

Cette loi, qui implique l'apparition d'une pointe caractéristique pour une vitesse donnée, a été prédite il y a dix ans par le physicien Moffatt(1) mais n'avait jamais été validée par les expériences. Une loi de décroissance exponentielle laisserait entendre qu'en augmentant encore un peu la vitesse d'impact, on puisse engendrer une pointe moléculaire (c'est-à-dire la plus petite pointe imaginable). Mais les chercheurs ont montré qu'il n'en est rien : si la vitesse est trop importante, la pointe cède, et un film d'air s'engouffre à l'endroit de l'impact. C'est cet air qui est responsable de la formation de l'écume dans le cas de la vague d'étrave et qui entraîne la formation de bulles quand un plongeur rencontre l'eau d'une piscine. Les scientifiques ont caractérisé le seuil d'apparition du film d'air, et montré qu'il ne dépend pas seulement de la viscosité et de la tension de surface du bain, mais aussi de la viscosité de la phase supérieure (de l'air, mais aussi, dans leurs expériences, de l'huile). Un argument du physicien Eggers(2) permet de comprendre cela : si la pointe cède, c'est parce qu'elle est soumise à la pression de lubrification du fluide supérieur, forcé de s'engouffrer et de ressortir de cette région d'autant plus confinée que la vitesse est grande.

Des répercussions de ces résultats sont envisageables dans l'industrie : de façon générale, quand on remplit un moule ou un récipient, on cherche à le faire le plus rapidement possible, tout en prévenant l'apparition de bulles. Il est donc très important de savoir ce qui détermine leur apparition.

 

Liquide - Quere

© CNRS – Elise Lorenceau, Frédéric Restagno & David Quéré

Les déformations de l'interface air-liquide sont engendrées à l'aide d'un rouleau cylindrique horizontal de 2 cm de rayon qui peut tourner autour de son axe. Lorsqu'il est mis en rotation, il entraîne avec lui, à la vitesse V, une mince couche de liquide visqueux (un mélange eau-glycérol) qui rencontre le bain statique, créant ainsi les pointes liquides visibles sur cette séquence. Les vitesses d'entraînement sont croissantes de la gauche vers la droite. On peut observer que la pointe liquide s'enfonce de plus en plus dans le bain à mesure que la vitesse augmente, sauf pour la dernière photographie où elle n'est plus visible : à cette vitesse, la pointe a cédé et un film d'air (indiqué par la flèche noire) s'est engouffré à l'intérieur du bain.



Notes :

(1)Physicien et mathématicien anglais spécialiste des fluides et des vortex (tourbillons).
(2)Physicien allemand qui a beaucoup travaillé à la compréhension des phénomènes intervenant lors de la formation de gouttes d'eau.

Références :

E. Lorenceau, F. Restagno and D. Quéré. Fracture of a viscous liquid. Phys. Rev. Lett., 90 (18) :184501 (2003).

Contacts :

Contact chercheur :
David Quéré
Tél : 01 44 27 10 79
Mél : david.quere@college-de-france.fr

Contact presse :
Muriel Ilous
Tél : 01 44 96 43 09
Mél : muriel.ilous@cnrs-dir.fr

Contact département des Sciences physiques et mathématiques :
Frédérique Laubenheimer
Tél : 01 44 96 46 23
Mél : frédérique.laubenheimer@cnrs-dir.fr


Haut de page

Derniers communiqués
Toutes disciplines confondues

Retour à l'accueilContactcreditsCom'Pratique