Nuages d’intérieur

28 12 2012

Qui n’a jamais rêvé d’attraper un nuage cotonneux pour le garder auprès de soi ? C’est ce rêve que l’artiste néerlandais Berndnaut Smilde se propose de réaliser. En contrôlant avec précision la température et l’humidité de la pièce, celui ci arrive à recréer à la perfection l’effet d’un nuage atmosphérique.

Berndnaut Smilde - Nuage intérieur 3

Son oeuvre produit une confusion entre intérieur et extérieur. Un oiseau va t-il traverser la pièce ? Ou va t-il pleuvoir sur le parquet ?

Berndnaut Smilde - Nuage intérieur 2

Ce travail pose aussi la question de la définition d’une oeuvre d’art. Quel est le rôle de l’homme dans la création artistique ? La nature pourrait t-elle remplir les pièces de nos musées ?

Il ne nous reste plus qu’à imaginer prendre sa douche sous les gouttes de pluie d’un nuage.

Source : Berndnaut Smilde. (#)

 

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Les tourbillons de Naruto

10 12 2012

Dans le détroit de Naruto au Japon, des tourbillons géants se forment deux fois par jour. Leurs dimensions peuvent atteindre 20 mètres de diamètre et 1,7 m de profondeur. De telles caractéristiques en font parmi les tourbillons marins les plus impressionnant au monde.

Tourbillon Naruto

Les tourbillons de Naruto résultent de l’interaction entre les marées de l’océan Pacifique et celles de la mer intérieure de Seto qui se rencontrent à cet endroit. Le phénomène de marée fait varier la hauteur du niveau d’eau de chaque mer ou océan au cours de la journée. Cette variation dépend de la position de la Lune et du Soleil relativement à la Terre mais aussi de la configuration de l’océan (taille, forme des côtes, etc…). Il se trouve que les marées de l’océan Pacifique et de la mer intérieure du Seto ne sont pas synchronisées. Selon l’heure de la journée le niveau entre les deux eaux peut différer jusqu’à 1,5 m. Cette différence de hauteur va s’atténuer en entrainant un fort courant d’eau. L’intensité de ce courant est accrue par l’étroitesse du détroit de Naruto et peut ainsi atteindre 20 km/h. Ceci fait de ce courant un des quatre plus fort courant marin au monde. Il nous reste à comprendre pourquoi ce courant permet la création de tourbillons.

Pour qu’il y ait naissance d’un tourbillon il faut que deux zones du fluide se déplacent à des vitesses suffisamment différentes. Dans un écoulement rapide cela arrive très facilement et c’est pourquoi le détroit de Naruto est particulièrement adapté pour observer de grands tourbillons. Par exemple la simple présence d’un obstacle vient contrarier l’écoulement du fluide proche de lui. Ce fluide se retrouve ralenti par rapport à celui plus loin de l’obstacle et cette situation donne naissance à un tourbillon. Ceci peut être visualisé sur le cliché suivant où un écoulement d’eau (allant de la gauche vers la droite) rencontre une marche descendante. Le fluide en mouvement rencontre sous la marche un fluide au repos. Cette différence de vitesse « enroule » le fluide comme permet de le montrer le colorant noir.

Vortex shedding off a back-facing step in laminar flow

Dans le cas du détroit de Naruto, c’est probablement la proximité de la côte qui créée un obstacle à l’écoulement et la formation de grandes structures tourbillonnaires.

Les tourbillons de Naruto fascine le monde depuis déjà longtemps. Le maître de l’estampe japonaise du 19ème siècle , Utagawa Hiroshige, les a représentés dans sa série des Cent vues d’Edo qui regroupe les paysages incontournables du Japon de l’époque.

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Source :

Wikipédia – Le tourbillon de Naruto. (#)

Andrew Carter – Perception of design. (#)

Wikipédia – Utagawa Hiroshige. (#)





Passons aux travers des gouttes de pluie

14 10 2012

Le plus souvent nous fuyons la pluie pour se réfugier sous un abri. L’oeuvre Rain room, créée par le collectif rAndom international, propose d’expérimenter la pluie sans en subir ses inconvénients. Elle se compose d’une salle d’environ 100 m² dans laquelle tombe  une pluie intense. L’originalité de cette création est la possibilité de la traverser sans recevoir la moindre goutte. En effet, l’oeuvre détecte la présence des visiteurs et arrête la tombée de la pluie au dessus d’eux.

Il ne reste qu’à s’imprégner de l’humidité ambiante, écouter la musique des gouttes de pluie qui tombent sur les flaques et à observer les formes qu’elles y créées.

Source :

rAndom international. (#)





Tesla-tronic

7 10 2012

La bobine de Tesla, du nom de son inventeur Nikola Tesla, est une machine électrique fonctionnant sous courant alternatif à haute fréquence et permettant d’atteindre de très hautes tensions. Comme ces tensions sont supérieures à la rigidité diélectrique de l’air, des arcs électriques vont fendre l’air et  jaillir dans toutes les directions tel un éclair.

Le schéma de principe d’une bobine de Tesla est représenté ci dessous.

L’idée de Nikola Tesla a été d’élever la tension d’entrée par deux moyens. D’abord cette tension est amplifiée par une série de transformateurs. Celle ci est multipliée par un facteur correspondant au rapport du nombre de spires de la bobine secondaire et primaire. Ensuite c’est le phénomène de surtension d’un circuit résonant qui accroît la tension à la sortie du circuit.

La mise sous tension du circuit précédent commence par charger le condensateur. Lorsque la différence de potentiel aux bornes de celui-ci est suffisante, il se décharge au moyen d’un arc électrique traversant l’éclateur dans la maille de la bobine primaire. Cette décharge se produisant dans un circuit résonant, elle oscille à haute fréquence. Ainsi la bobine primaire est parcourue par un courant alternatif à haute fréquence et haute intensité.

Or une bobine parcourue par un courant produit un champ électromagnétique dans le milieu qui l’entoure. Ce champ est lui aussi intense et varie à haute fréquence. La variation de ce champ au travers de la bobine secondaire va induire à ses bornes une différence de potentiel proportionnelle au rapport des nombres de spires des bobines secondaires et primaires.

Le circuit secondaire est aussi résonant car l’électrode torique constitue un condensateur. Si sa résonance est accordée avec celle du circuit primaire, la tension de la maille primaire va être amplifiée dans la maille secondaire par le phénomène de surtension. Dès lors la tension aux bornes de la bobine secondaire peut atteindre plusieurs dizaines de milliers de volts. C’est cette tension qui produit les arcs électriques au niveau de l’électrode torique.

Le champ disruptif de l’air varie fortement avec l’humidité mais il est couramment admis que celui ci est de 30 000 V par cm. Cela signifie qu’une différence de potentiel de 30 000 V va produire un arc de 1 cm de longueur. A l’inverse, les arcs électriques longs de plusieurs mètres, comme on peut voir sur la photo ci dessus, nécessitent des tensions de plusieurs millions de volts !

Eric Goodchild and Steven Caton, deux étudiants en école d’ingénieur, se sont lancés dans la construction de deux bobines de Tesla. La vidéo ci dessous montre leur résultat :

Comme on peut l’entendre, ces étudiants ont ajouté la possibilité de modifier légèrement la fréquence de résonance de la bobine en fonction du temps. Ainsi la fréquence de génération des arcs électriques est modulable ce qui permet de produire des sons de hauteurs différentes. Voilà une chaîne hifi pour le moins décoiffante.

Source :

Wikipédia – Bobine de Tesla. (#)

Site de Steven Caton. (#)

Site de Eric Goodchild. (#)





Jet dans une bulle visqueuse

8 09 2012

Deux chercheurs de l’université Paris 6, Thomas Séon et Arnaud Antkowiak, ont étudié l’ascension de bulles d’air dans un fluide visqueux. Ils ont observé qu’un jet pouvait se former dans certains cas. Ce jet puissant peut perforer la face avant  de la bulle et même remonter jusqu’à la surface du liquide. L’étude de la dynamique du jet a mené en parallèle à un montage vidéo sur la bande sonore de Team Ghost. Les images renversées d’un quart de tour vers la droite et calées sur le rythme de la musique créées ce superbe clip.

Source :

Jets in viscous bubbles. T. Séon & A. Antkowiak. #





Pendule de Newton

2 09 2012


Le pendule de Newton est sans conteste l’expérience la plus hypnotisante de l’histoire de la physique. Cet objet est constitué d’une série de pendule placé côte à côte. Les billes peuvent ainsi se balancer dans un même plan et s’entrechoquer. Ce dispositif permet de mettre en évidence la conservation de l’énergie cinétique et de l’impulsion lors d’une collision entre sphères. Lorsque une bille est relâchée d’une certaine hauteur, elles percute celles du milieu et finit par mettre en mouvement la bille à l’autre extrémité de la chaîne. Cette dernière s’élève jusqu’à la même hauteur et le processus recommence de nombreuses fois. Cette propriété est visible sur la vidéo suivante:

L’expérience devient encore plus surprenante lorsqu’on relâche simultanément deux billes. Dans ce cas elles vont mettre en mouvement les deux billes de l’extrémité opposée. Et encore plus fort cela marche encore avec un nombre de bille supérieur à la moitié du nombre de bille total. C’est-à-dire que pour un pendule de Newton constitué de cinq billes, on peut en relâcher trois et le même phénomène se produira.

A la vue de ces observations plusieurs questions se posent. D’abord comment comprendre la symétrie du phénomène ? Pourquoi ne pas imaginer que lorsqu’on relâche une bille, deux ne puissent pas rebondir à l’autre extrémité avec des vitesses plus faibles ? Ensuite combien de temps durent ces rebonds et qu’est ce qui limitent leur nombre ?

Pour répondre à ces questions commençons par étudier ce qui se passe lors d’une collision entre deux billes. On pourra ensuite comprendre une collision entre un nombre de sphère plus important en la décomposant en série de collision par paire. Les lois de la mécanique nous disent que lors d’un choc d’une bille en mouvement avec une bille fixe de même masse, celle en mouvement s’arrête et transfert sa vitesse à celle initialement immobile. Cette description est vraie lorsque les billes s’impactent en leur centre et qu’aucune énergie n’est dissipée au cours du processus.

Ce résultat va être mis à contribution pour comprendre les observations faites sur le pendule de Newton. Par exemple, lorsque deux boules séparées par une distance très faible sont relâchées et frappent trois billes fixes, l’action se déroule comme suit: La première bille à impacter transfère sa vitesse à la troisième et s’arrête. La troisième bille transfère ensuite la vitesse à la quatrième, et la quatrième à la cinquième qui n’a d’autre choix que de s’élancer puisque aucune autre bille ne la suit. Juste derrière cette séquence, la première bille transfère sa vitesse à la seconde balle qui vient d’être arrêtée, et la séquence se répète immédiatement jusqu’à l’éjection de la quatrième bille juste derrière la cinquième.

Si les deux boules initiales avaient été soudés, le résultat serait le même que celui d’une bille ayant un poids double. La dernière boule s’éloignerait beaucoup plus vite. Ainsi la séparation initiale est importante dans l’explication fournit précédemment.

D’ailleurs le choix de l’acier pour les billes n’est pas anodin. Ce matériau très rigide permet aux billes de se comprimer que faiblement lors d’une collision et réduit le temps de contact entre les deux billes. Ainsi les billes en acier font plus facilement fonctionner le pendule de Newton dans le cas de collisions binaires que nous avons décrit précédemment. Si l’on remplaçait les billes en acier par des billes en caoutchouc, l’espace entre les balles devrait être plus important (de l’ordre de 0,5 mm) pour que l’expérience marche convenablement.

C’est ce problème de collisions multiples auxquels ont été confrontés les Mythbusters. Leur tentative de construire un pendule de Newton géant avec des engins de démolition a échoué comme le montre la vidéo suivante :

Cet échec est probablement du à l’utilisation de boulet trop peu rigide et à leurs espacements trop faibles. Les collisions ne sont pas binaires dans ce cas et le lâcher d’un boulet entraîne un déplacement complexe de l’ensemble des masses.

Le principe du pendule de Newton a été repris par l’étudiant en design Yasutoki Kariya. Celui ci a construit une version du pendule de Newton à l’aide d’ampoules électriques.

Dans ce pendule le mouvement des ampoules aux extrémités est assuré par un système mécanique car ces dernières sont trop fragiles pour subir des chocs. Mais la circulation de la lumière au travers des lampes explicite parfaitement le transfert d’énergie qui se produit dans un véritable pendule de Newton.

Source :

Wikipédia – Pendule de Newton. #

Yasutoki Kariya – Asobi. #





Waves de Daniel Palacios

25 08 2012

Dans son oeuvre Waves, Daniel Palacios s’amuse à tromper nos sens. Une longue corde vibre sous l’action de moteurs et occupe l’espace sous forme d’ondes mécaniques et sous forme d’ondes sonores.

Les vibrations de la corde apparaissent sous forme de vagues se déplaçant plus ou moins rapidement. Ce mouvement provient de la persistance rétinienne de nos yeux qui stroboscope les rapides déplacements de la corde. Alors que notre vision nous trompe sur la vitesse réelle du phénomène, l’ouïe n’en fait rien. Le son aigu émit par le déplacement de la corde dans l’air nous met en garde sur la véritable allure du phénomène. Cette confusion des sens créer une oeuvre intrigante pour le spectateur qui se rappelle que nos sens sont faillibles.

Cette oeuvre m’interroge sur un point. Comment se fait t-il que le son produit par la corde change au cours du temps ? L’on sait qu’un corde que l’on fait vibrer en un bout adopte un mode stationnaire qui produit un son unique. C’est la corde de Melde qu’illustre très bien la vidéo suivante :

Qu’est ce qui explique alors que la corde n’adopte pas un unique mode mais oscille entre plusieurs ?

Ce changement de hauteur de son produit peut provenir de plusieurs choses. Tout d’abord la corde n’est pas mise en vibration dans un seul plan mais en rotation par deux moteurs placés aux extrémités. Une légère différence de vitesse de rotation entre les deux moteurs peut faire varier l’excitation des modes stationnaires de la corde. Aussi la dissipation des vibrations de la corde comme le frottement avec l’air est susceptible de transférer de l’énergie d’un mode à un autre, ce qui aurait pour effet de moduler le son émit par la corde. On peut alors même se demander si le passage des gens à proximité de la corde ne serait pas capable d’influencer les modes présents dans les vibrations de la corde. Auquel cas cela rendrait l’oeuvre interactive.

Sources :

Waves – Daniel Palacios. #

Wikipédia – Corde de Melde. #