La stabilisation d'un anneau de fluide

Publié par Adrien le 15/10/2019 à 08:00
Source: CNRS INSIS
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À cause de leur évanescence, la dynamique des anneaux de fluide et de tourbillons reste encore mal comprise. Des chercheurs du laboratoire Matière et systèmes complexes et du laboratoire de physique de l'École Normale Supérieure de Lyon parviennent à stabiliser un anneau de fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette...), grâce à du mercure. Ces travaux, publiés dans la revue Physical Review Letters, ont déjà permis d'étudier la géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace...) et les fréquences auxquelles ce tore de fluide réagit.


© MSC Vue de dessus du motif observé à la périphérie extérieure d'un anneau de mercure soumis à des vibrations. Le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de lobes augmente avec la fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un...) de la vibration (respectivement de gauche à droite, de haut en bas). La zone grise correspond au cylindre (Un cylindre est une surface dans l'espace définie par une droite (d), appelée...) solide central. Diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre...) du tore ~ 4 cm.

Une fois créées, les anneaux liquides deviennent rapidement instables et se fragmentent en gouttelettes. Pour mieux étudier ces tores de fluide, des physiciens du laboratoire Matière et systèmes complexes (MSC, CNRS/Université Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...) Diderot) et du laboratoire de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) de l'École Normale Supérieure de Lyon (CNRS/Université Claude Bernard/ENS Lyon) ont réussi à stabiliser un anneau de fluide. Ils ont pour cela injecté autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) d'un cylindre solide du mercure, un métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des...) liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...) qui ne mouille pas les parois comme le ferait de l'eau.

Cette nouvelle technique stabilise l'anneau de liquide et a ainsi permis de mesurer pour la première fois les fréquences de résonance d'un tore de fluide soumis à des vibrations. Des oscillations apparaissent en effet à la périphérie extérieure de l'anneau liquide, induisant des motifs en forme de lobes amplifiés à certaines fréquences dites de résonance. Les observations des chercheurs coïncident avec un modèle existant qu'ils ont adapté pour un tore, et leur permettent également de remonter jusqu'à des propriétés géométriques de l'anneau. Les chercheurs comptent à présent ajouter un écoulement à l'intérieur de l'anneau de fluide, produisant ainsi un anneau de tourbillon. On en retrouve dans les anneaux de bulles sous-marines, de fumée (La fumée, parfois appelée boucane en Amérique du Nord, est un nuage de particules...), ou même dans le sang lors du passage dans le coeur. Des cas qui concernent des domaines comme les plasmas, la biophysique (La biophysique est une discipline à l'interface de la physique et la biologie où les...) ou encore la géophysique.


© MSC Vue de dessus du motif observé à la périphérie extérieure d'un anneau de mercure soumis à des vibrations

Références:
Observation of the Resonance Frequencies of a Stable Torus of Fluid.
C. Laroche, J.-C. Bacri, T. Jamin and E. Falcon.
Physical Review Letters 123, 094502 (2019)
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.094502.
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