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Physique

© ESPCI

Les gouttes dévoilent leur profil

Quand les enfants dessinent une goutte d'eau, ils la représentent arrondie à un bout et pointue à l'autre. Une équipe de chercheurs du Laboratoire de physique et mécanique des milieux hétérogènes (PMMH)1 leur donne aujourd'hui raison : ils ont montré que des gouttes d'huile en mouvement sur un plan incliné adoptent cette forme particulière. Bien que mis en évidence il y a trois ans dans le même laboratoire, ce phénomène a été ici décrit en détail pour la première fois. Ces travaux, publiés dans la revue Physical Review Letters2, permettent de mieux comprendre la façon dont un liquide avance sur une surface plane.

Pour arriver à ce résultat, les scientifiques se sont servis d'une technique déjà éprouvée mais

Gouttes d'eau

© N.Le Grand/ESPCI

Gouttes vues de dessus en train ruisselant sur un plan incliné : à faible vitesse, la goutte est ronde (voir au-dessus) ; à vitesse rapide, un cône apparaît à l'arrière (ci-contre)

jamais utilisée pour ce type d'expérience : ils dispersent un colorant qui ressemble à de la poudre de curry sur une plaque de verre traitée au fluor pour que les gouttes ne s'étalent pas complètement ; puis ils inclinent la plaque et filment les gouttes d'huile en train de ruisseler. « Chaque goutte avance en roulant, explique Emmanuelle Rio, chercheuse de l'équipe. Elle prend les grains colorés à l'avant, les entraîne sous sa surface et les ramène au-dessus. On visualise de cette façon la vitesse du liquide à la surface de la goutte. » Conclusion : à l'avant, il se déplace dans le sens de la pente. À l'arrière, il avance de biais et plus lentement, et un cône se crée – la pointe décrite par les enfants.

Ce dernier résultat est surprenant. Les chercheurs le comparent même à ce qui passe quand un avion franchit le mur du son : un cône – appelé cône de Mach – se forme depuis le nez de l'avion, vers l'arrière. Et l'onde de choc – à la surface du cône – se déplace à la vitesse du son alors que l'avion va plus vite. Dans le cas de la goutte, la présence du cône prouve que la pointe avance moins vite que le reste du liquide. Si la vitesse de la goutte augmente encore, celle-ci se fracture et laisse une traînée derrière elle, comme le fait la pluie sur les vitres. « Pour l'huile, la vitesse limite est de quelques millimètres par seconde, précise Emmanuelle Rio. Mais on ne sait pas encore prévoir cette vitesse. » Reste donc aux physiciens à mieux modéliser ce cône et à savoir dans quelles conditions il apparaît. À la clé : une meilleure compréhension de l'écoulement d'un liquide. Cela intéresse grandement les industriels qui pourraient ainsi améliorer certaines techniques : dépôt d'une couche hydrophobe ou antireflet sur une vitre, application d'un film photosensible sur les pellicules photo… Les petites gouttes donnent de grandes idées.

 

Julien Bourdet

Notes :

1. Laboratoire CNRS / ESPCI / Universités Paris-VI et VII. L'équipe est constituée d'Emmanuelle Rio, Adrian Daerr, Bruno Andreotti, et Laurent Limat.
2. Revue du 21 janvier 2005.

Contact

Emmanuelle Rio, PMMH, Paris, rio@pmmh.espci.fr

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