Penseur

jeudi, juillet 05, 2007

Le shampoing sauteur : de la belle science sur Youtube

Michel Versluis et ses collègues de l'université de Twente, aux Pays-Bas, ont fait très fort. D'un, ils ont résolu un mystère de la mécanique des fluides qui durait depuis une quarantaine d'année, l'effet Kaye, aussi appelé "shampoing sauteur" (leaping shampoo, en VO). Leur article, par ailleurs très bien écrit, a été publié dans Nature en avril 2006. De deux, ils ont monté un film à partir de leurs plus belles vidéos, ont ajouté quelques explications, et l'ont mis en ligne sur Youtube. La vidéo a été vue 280 000 fois, et c'est mérité. (Pour le sauteur à ski de l'image, lisez la suite pour comprendre !)



Je ne sais pas si les explications de la vidéo sont suffisantes pour comprendre ce qui se passe. Voilà la façon dont je l'expliquerais :

Habituellement, lorsque l'on verse un liquide visqueux depuis une certaine hauteur, son point de chute décrit des cercles qui s'empilent les uns sur les autres jusqu'à former un petit tas, qui s'écoule plus ou moins lentement. Tout ceux qui mangent des tartines au miel le matin en ont déjà fait l'expérience. La situation avec le shampoing est presque la même : lui aussi forme un petit tas, qui s'accumule à cause de la viscosité élevée. Seulement, quand ce tas s'effondre, cela ne provoque pas seulement une perturbation passagère comme dans le cas du miel. Non, car le shampoing est un fluide "rhéofluidifiant" (shear-thinning en anglais dans la vidéo), pour lequel la viscosité peut être divisée par 100 ou 1000 lorsqu'on lui applique une contrainte mécanique. Par exemple, c'est pour cela qu'il s'écoule bien plus facilement de sa bouteille quand vous la pressez.

Le tas de shampoing, donc, s'écroule sous son propre poids. La couche de sahmpoing qui supporte cet effondrement subit un cisaillement important, et voit sa viscosité diminuer énormément. Elle agit dès lors comme une couche de lubrifiant, sur lequel le jet glisse. Et, un peu comme un sauteur à ski s'envole en sortie du tremplin, le jet tourne sur ce lubrifiant et est renvoyé vers le haut. En quelques millisecondes, il creuse de plus en plus ce tremplin, lui donnant une forme de "cuillère", redressant ainsi le jet presque à la verticale, jusqu'à perturber le jet descendant, ce qui met fin au phénomène. Le tout durant une fraction de seconde, avec des jets de plusieurs centimètres de long et de haut.

PS : une autre vidéo, plus artistique, sur un autre curieux phénomène physique, les ferrofluides. Et toujours cette piscine remplie de fluide viscoélastique (solution d'amidon de maïs), dont j'avais parlé ici, ainsi qu'une autre jolie expérience sur le même liquide (725 000 vues, tout de même).

4 commentaires:

pikipoki a dit…

Vraiment amusant et curieux comme phénomène. Merci pour l'explication :o)

Matthieu a dit…

N'est ce pas ? Par contre, petit errata, il semble que l'article ait été publié dans le Journal of Statistical Mechanics, et qu'il n'ait fait que l'objet d'une news chez Nature. Apparement, il y aurait une petite controverse sur l'article, les reviewers pensant que le caractère rheofluidifiant est une condition nécessaire, mais pas suffisante.

Enro a dit…

Pas mal l'effet Kaye en cascade et le coup du faisceau lumineux ! Par contre, est-ce que l'on sait pourquoi le shampoing est rhéofluidifiant ? Ca marche avec tous les shampoings ?

Matthieu a dit…

bonnes questions. Le fait d'être rhéofluidifiant est partagé, en gros, par tous les fluides ayant une microstructure "pas trop prononcée". Ici, je simplifie, avec mes mots, et j'emploie des guillemets, parce que les frontieres et memes les definitions sont floues. Mais en gros, toutes les solutions de polymères assez diluées, ou de surfactants assez concentrées, sont rhéofluidifiantes. Il y a aussi la thixotropie, qui est tres proche (sauf que la perte de viscosité se fait plus sur le temps), et qui concerne les émulsions, pas mal de solutions d'argile, les gels... Un sacré paysage.

Donc est ce que ca marche avec tous les shampoings ? Ben, essaie :) Ca marche avec le mien en tout cas ! Il est possible que ca ne marche pas avec les 2 en 1, par contre...