La danse des films de savon
Pas besoin de pinceaux pour peindre avec de la musique, c’est possible avec du savon ! Des chercheurs des laboratoires Matière et systèmes complexes et du Laboratoire interdisciplinaire de physique ont présenté un dispositif pour observer l’effet du son sur les films de savon : plusieurs phénomènes physiques y dessinent des motifs spectaculaires. Ces travaux sont publiés dans la revue European Journal of Physics.
Si notre souffle permet de former une bulle, comment réagit un film de savon quand il est exposé à de la musique ? Alors qu’ils étudiaient la propagation du son dans les mousses de savon, des chercheurs du laboratoire Matière et systèmes complexes (MSC, CNRS/Université Paris Diderot) et du Laboratoire interdisciplinaire de physique (LIPhy, CNRS/Université Grenoble Alpes) ont imaginé un dispositif pour observer ces mécanismes. Ils ont ainsi installé un haut-parleur au bout d’un tube à l’extrémité duquel se forme un film de savon. La membrane liquide se met à vibrer comme la peau d’un tambour, ce qui provoque plusieurs réactions. Lorsqu’un morceau capable d’exciter les fréquences de résonance du tube est joué, des structures dynamiques apparaissent sur le film et fascinent tant par leur beauté que par la richesse de la physique sous-jacente.
Le phénomène fonctionne avec tous types de musique, les dimensions du tube permettent cependant de choisir les fréquences de résonnance selon les instruments. Ainsi, la fréquence fondamentale du tube utilisé est de 460 Hertz, qui correspond au timbre de la flûte. En fonction de la fréquence et du volume de la musique, des ondes capillaires apparaissent ainsi qu’une riche dynamique de surface. Les ondes sonores provoquent la formation de plusieurs vortex, ce qui fait varier l’épaisseur du film et retarde l’éclatement du film. Comme l’épaisseur du film est comparable à la longueur d’onde de la lumière blanche incidente, des interférences apparaissent et décomposent cette lumière en différentes couleurs. Ainsi les changements d’épaisseur du film se manifestent par des variations de couleur. Le dispositif permet d’illustrer les écoulements dans les films de savon soumis à une onde acoustique de manière particulièrement pédagogique et artistique.
© MSC
Images d’un film de savon vertical dansant sous l’effet d’un morceau de musique.
À gauche : ondes capillaires.
À droite : les irisations sont entraînées sous forme de fontaines et de tourbillons, en constante évolution.
Plusieurs exemples sont disponibles sur la chaîne YouTube d'une des chercheuses, dont une vidéo d'explication.
Références :
Sound and vision: visualization of music with a soap film
Camille Gaulon, Caroline Derec, Thomas Combriat, Philippe Marmottant and Florence Elias
European Journal of Physics, 38 (2017) 045804 (18pp)
https://doi.org/10.1088/1361-6404/aa7147