Mer gaufrée

27 12 2012

Lorsque une vague arrive parallèlement au rivage, celle ci se réfléchie dans la même direction. L’amplitude de la vague réfléchie dépend de la pente du fond marin à proximité du rivage. Lorsqu’une vague arrive obliquement au rivage, sa réflexion est envoyée dans une direction différente de celle incidente. La superposition des vagues incidentes et réfléchies produit une « mer gaufrée ». La géométrie du rivage et du fond marin de la Pointe des Baleine sur l’île de Ré rend cet effet particulièrement visible.

Mer gaufrée île Ré

Mer gaufrée. Pointe Des Baleines, Ile de Ré, France

Ce phénomène rend ce site tout à fait remarquable, si ce n’est pour les surfeurs !

Source : Wikipédia – Vague. (#)





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. (#)





Les fleurs du mal

6 10 2012

Un ancien soldat de la Navy Américaine. Andrew Tuohy, s’est livré à un travail artistique étonnant. Celui ci a remarqué que le tir de munition sous l’eau déformait les balles pour leur donner une apparence de fleur.

Il utilise ensuite ses fleurs métalliques pour construire des bouquets ou pour créer des séries de bijoux en y intégrant des pierres semis précieuses.

Cependant le plus surprenant dans ce travail est la technique de tir subaquatique. Comme on peut l’observer sur le cliché ci dessous, le tir d’une balle dans l’eau crée une superbe traînée blanche. Celle ci correspond à l’apparition de bulles de cavitation. Pour laisser passer la balle, l’eau doit la contourner à grande vitesse. Cette zone de grande vitesse correspond à une zone de faible pression qui peut même devenir inférieure à la pression de vapeur saturante. Dès lors des bulles de vapeur se forment dans le sillage de l’objet se déplaçant sous l’eau.

On note sur ce cliché l’aspect spiralé du sillage de la balle. Ceci provient de sa rotation autour de son axe. Ensuite, on remarque que le diamètre de la traînée blanche se réduit lorsque la balle avance. Ceci est du au fait que la balle est fortement ralentie par la résistance de l’eau. C’est d’ailleurs cette friction avec le fluide qui déforme les munitions en fleurs. Une autre preuve notoire de la forte résistance de l’eau est visible sur la vidéo suivante. Alors qu’une balle parcours plusieurs centaines de mètres dans l’air, celle ci s’arrête après moins d’un mètre parcouru dans l’eau.

Sources :

Le blog de Andrew Tuohy. (#)

Hufington Post – Firearm Expert Andrew Tuohy Transforms Underwater Gun Shots Into Blooming Flowers. (#)





Comment ne pas renverser son café ?

9 05 2012

Tâche difficile que de transporter sa tasse pleine de café depuis la machine jusqu’à son bureau sans la faire déborder. Cette tendance au débordement ne semble en revanche jamais inquiéter les garçons de café. On peut alors se demander si il existe des techniques pour éviter de renverser son café ?

Il nous faut dans un premier temps comprendre pourquoi le café déborde de la tasse lorsqu’on le transporte. L’origine du problème est intrinsèque aux propriétés de la démarche humaine. Afin de marcher en ligne droite, un individu effectue une série complexe de mouvement. C’est la transmission de ces mouvements à la tasse qui agite la surface du café et tend à la faire déborder.

Deux chercheurs de l’université de Californie ont réalisés plusieurs expériences afin de caractériser cette agitation. Ils ont demandé à un individu d’adopter une vitesse de marche constante. L’individu accélère avant d’atteindre la vitesse souhaitée. Cette accélération en début de marche est transférée à la tasse et perturbe la surface du café. Il se trouve que plus la vitesse à atteindre est élevée, plus l’accélération initiale du marcheur est importante et plus le café sera mis en mouvement.

Par ailleurs, ces chercheurs ont montré que la fréquence des foulées du marcheur est proche de la fréquence naturelle d’oscillation d’un liquide peu visqueux dans un récipient cylindrique de la taille d’une tasse à café. Ainsi les mouvements du marcheur vont amplifier la perturbation initiale jusqu’à faire déborder le café de la tasse. Ce n’est pas tant le mouvement de gauche à droite de la tasse, ni celui d’avant en arrière qui amplifie les oscillations du liquide mais plutôt celui vertical.

Le mouvement de va-et-vient d’un liquide dans un contenant cylindrique lui même soumis à des oscillations est visible dans l’expérience suivante  :

Comme le montre l’image suivante, le ballotement de la surface liquide est identique dans le cas d’une tasse de café soumis aux mouvement de son porteur.

Pour résumer, l’accélération initiale du marcheur impulse une large déformation à la surface du liquide. Cette déformation sera ensuite entretenue et amplifiée par le mouvement qu’il transmet à la tasse.

Il existe une accélération critique à partir de laquelle le liquide déborde de la tasse. Si l’accélération initiale imposée par le marcheur à la tasse dépasse ce seuil, la tasse déborde immédiatement. Sinon c’est l’amplification du mouvement du café par les pas du marcheur qui va le faire déborder. Dans ce cas, il est naturel de se demander au bout de combien de pas le débordement du café va intervenir.

Le plus souvent, le café déborde au bout de 7 à 10 pas, soit environ 4 à 5 mètres. Ce nombre de pas avant débordement décroît lorsque l’accélération initiale augmente (c’est-à-dire si le marcheur cherche à aller plus vite) et lorsque le niveau de café augmente.

Un point intéressant est que le nombre de pas avant débordement dépend de l’attention du marcheur. Un individu qui ne prend pas garde à sa tasse la verra déborder plus rapidement qu’un autre qui y focalise son attention. Cependant il n’est pas encore clairement déterminé si cet effet est du à une modération de l’accélération du marcheur ou à un amortissement des vibrations au niveau due son poignet.

Pour conclure, il est nécessaire de ne pas courir avec sa tasse de café afin de ne pas transmettre au liquide une trop grande déformation initiale. Une allure modérée excite aussi plus faiblement la surface du liquide et retarde son débordement. Conformément à l’intuition, une tasse trop remplie sera plus facilement sujet au débordement. Enfin, la focalisation de l’attention du buveur de café sur sa tasse permet d’atténuer le mouvement qu’il lui transmet et donc d’éviter l’incident.

Cette étude nous a permis de s’intéresser aux caractéristiques de la marche humaine et de découvrir comment une surface liquide agitée peut se déformer. Ce dernier sujet est une problématique essentielle pour les constructeurs automobiles. En effet le comportement du carburant dans le réservoir des voitures est similaire à du café dans une tasse agitée et conditionne les performances du véhicule. Un exemple où le ballottement d’un liquide soumis à des vibrations doit être étudié en détail est celui du transport d’essence dans les tankers comme le montre la simulation suivante :

Sources :

H. C. Mayer and R. Krechetnikov, Walking with coffee : Why does it spill ? Phys. Rev. E 85, 046117 (2012). #

Huffington Post Science. #

Science Now. #