Creep

31 07 2012

Un fluide visqueux qui coule sous l’effet de son poids adopte de superbes formes. L’artiste australienne Skye Kelly les utilise dans cette oeuvre vivante. Elle fait s’écouler plusieurs dizaines de litres de caramel depuis une plateforme suspendue au plafond. Le caramel forme des doigts qui s’affinent en filet avant d’atteindre le sol de la pièce.

On remarque d’abord l’organisation quasi parfaite des doigts de caramel. Un fluide suspendu à l’envers est instable. L’analyse de cette instabilité, dite de Rayleigh Taylor (#), montre qu’une longueur d’onde se développe plus rapidement que les autres. Le caramel s’agence selon cette distance inter-doigt privilégiée. 

On peut ensuite s’arrêter sur la forme du fluide suspendu. Les doigts ont des formes de gouttes pendantes très similaires à celles de rosée à l’extrémité des feuilles végétales. Quant à eux les filets de caramel s’amenuisent en tombant et donnent lieu à un superbe dégradé de couleurs orangées. En effet, la gravité accélère le fluide qui doit diminuer sa section pour satisfaire la conservation du volume. 

Enfin les filets retombent sur le sol pour créer de hauts empilements qui ne sont pas sans rappeler ceux du miel qui retombe dans son pot :

Source : Skye Kelly. #

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La caléfaction

30 10 2011

En 1756, Johann Gottlob Leidenfrost s’intéresse au temps de vie d’une goutte d’eau posée sur une plaque chaude. Ce temps de vie décroît avec la température jusqu’à 100°C, la température de vaporisation de l’eau. A partir de cette température, le phénomène d’ébullition rend le temps de vie de la goutte extrêmement faible (inférieur à la seconde). A partir de 200°C Leidenfrost fait une observation surprenante : la longévité de la goutte augmente avec la température jusqu’à atteindre plusieurs minutes. Ces observations se retrouvent sur le graphique suivant qui représente le temps de vie de la goutte d’eau en secondes en fonction de la température de la plaque.

Afin de comprendre ce phénomène, Leidenfrost réalise l’expérience décrite par le schéma suivant : il pose une goutte teintée en noire sur une plaque très chaude et il place une bougie à l’arrière de ce système. En regardant la goutte de profil il parvient à voir la lumière de la bougie entre la goutte noire et la plaque (cf photo suivante). Il comprend alors que à partir d’environ 200°C, le goutte ne touche plus la plaque mais repose sur un fin film de vapeur. En effet l’évaporation de la goutte devient tellement intense qu’elle permet de supporter le poids de la goutte. C’est ce phénomène que l’on appelle calféaction ou effet Leindenfrost.

La vapeur conduit mal la chaleur, ainsi le film de vapeur isole thermiquement la goutte de la plaque et explique sa longévité.

Une autre caractéristique de l’effet Leidenfrost c’est l’extrême mobilité de ces gouttes sur leur support. Etant donné qu’elles lévitent sur un film de vapeur, elles sont soumises à des frottements très faibles. Cet effet s’observe en posant quelques gouttes d’eau dans une pôele très chaude, les gouttes filent dans la pôele sans que l’on puissent les arrêter. D’ailleurs ce phénomène est utilisé par certains cuisiniers pour savoir si la poêle est suffisamment chaude pour démarrer la cuisson des crêpes ou des pancakes.

Le mouvement des gouttes en caléfaction est visible au ralenti sur la vidéo suivante :

Sources : Wikipédia





Rosée sur une toile d’araignée

10 04 2011

Ce superbe réseau de perles enfilées sur une toile d’araignée peut être observé lors des matins humides. Il est remarquable que toutes les gouttes aient la même taille et qu’elles soient régulièrement espacées. Ceci s’explique par le fait que ces gouttes résultent de la déstabilisation du film liquide qui mouillait initialement le fil de la toile. Ce cylindre de liquide se déstabilise en raison de la tension superficielle de l’eau. La tension superficielle tend à minimiser la surface présentée à l’air par le liquide. Et il se trouve que cette surface est inférieure dans le cas d’une série de gouttes que dans le cas d’un cylindre de fluide. La déstabilisation d’un cylindre de liquide est aussi observable sur le jet issu d’un robinet d’eau :