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Si les verres et les tasses tournent, c'est au nom de la science ! Des chercheurs des laboratoires Fluides, automatique et systèmes thermiques et Laboratoire d'informatique pour la mécanique et les sciences de l'ingénieur ont ainsi étudié la rotation de la mousse dans de la bière ou du café. Leur vidéo montre un étonnant mouvement en sens inverse par rapport au liquide. Publiés dans la revue Europhysics Letters, ces travaux mettent en évidence de manière surprenante les limites de certaines approximations souvent effectuées en mécanique des fluides.
Schéma: Un verre de bière (ou tout autre liquide couvert d'une fine couche de mousse) est mis en mouvement de translation circulaire. Lorsque l'on visualise la surface par le haut en "time-lapse" (une image par période), on constate que la mousse tourne parfois dans le sens du mouvement du verre, et parfois dans l'autre sens.
Photo: Bulles couvrant la surface du liquide.
En agitant un verre pour aérer un vin avant dégustation, on crée une onde de surface en propagation circulaire accompagnée d'une rotation du fluide dans la même direction que la vitesse de phase de l'onde. De plus, un mouvement de recirculation vertical amène le vin vers la surface, le mettant ainsi en contact avec l'air. Mais si on réalise cette expérience simple avec un verre de bière ou une tasse de café expresso, surprise?! Si l'oscillation reste faible et que la couche de mousse demeure fine, cette dernière tourne alors en sens inverse du liquide.
Des chercheurs du laboratoire Fluides, automatique et systèmes thermiques (FAST, CNRS/Université Paris Sud) et du Laboratoire d'informatique pour la mécanique et les sciences de l'ingénieur (LIMSI, CNRS) ont capturé ce phénomène surprenant en vidéo afin de l'étudier. Il est provoqué par une compétition subtile entre la rotation du liquide et la friction de la couche de mousse avec le bord, ce qui induit un couple de force de signe négatif. La mousse au centre réagit alors comme un engrenage et tourne donc sur elle-même en sens inverse.
Or ce comportement se rapproche plus de la mécanique des solides que de celle des fluides. Au-delà de leur caractère amusant, ces travaux montrent l'influence de l'état de surface dans les écoulements à surface libre: dans ce cas le fluide n'est sensible qu'aux forces perpendiculaires à la surface, telles que la pression. La présence de mousse, ou même de simples impuretés, de concentration négligeable dans le volume mais qui peuvent s'accumuler en surface, modifie profondément le comportement du système en le rendant également sensible aux forces tangentielles, de nature "?solide?". Les chercheurs soulignent donc que l'approximation, courante, qui consiste à considérer ces systèmes comme de purs écoulements à surface libre ne permet pas de les décrire correctement.
Références publication:
Counter-rotation in an orbitally shaken glass of beer,
F. Moisy, J. Bouvard and W. Herreman
EPL, (2018)
DOI: 10.1209/0295-5075/122/34002
Contact chercheur:
Frédéric Moisy – FAST
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