La stabilisation d’un anneau de fluide
À cause de leur évanescence, la dynamique des anneaux de fluide et de tourbillons reste encore mal comprise. Des chercheurs du laboratoire Matière et systèmes complexes et du Laboratoire de physique de l’ENS de Lyon parviennent à stabiliser un anneau de fluide, grâce à du mercure. Ces travaux, publiés dans la revue Physical Review Letters, ont déjà permis d’étudier la géométrie et les fréquences auxquelles ce tore de fluide réagit.
Une fois créées, les anneaux liquides deviennent rapidement instables et se fragmentent en gouttelettes. Pour mieux étudier ces tores de fluide, des physiciens du laboratoire Matière et systèmes complexes (MSC, CNRS/Université Paris Diderot) et du laboratoire de physique de l’École Normale Supérieure de Lyon (CNRS/Université Claude Bernard/ENS Lyon) ont réussi à stabiliser un anneau de fluide. Ils ont pour cela injecté autour d’un cylindre solide du mercure, un métal liquide qui ne mouille pas les parois comme le ferait de l’eau.
Cette nouvelle technique stabilise l’anneau de liquide et a ainsi permis de mesurer pour la première fois les fréquences de résonance d’un tore de fluide soumis à des vibrations. Des oscillations apparaissent en effet à la périphérie extérieure de l’anneau liquide, induisant des motifs en forme de lobes amplifiés à certaines fréquences dites de résonance. Les observations des chercheurs coïncident avec un modèle existant qu’ils ont adapté pour un tore, et leur permettent également de remonter jusqu’à des propriétés géométriques de l’anneau. Les chercheurs comptent à présent ajouter un écoulement à l’intérieur de l’anneau de fluide, produisant ainsi un anneau de tourbillon. On en retrouve dans les anneaux de bulles sous-marines, de fumée, ou même dans le sang lors du passage dans le cœur. Des cas qui concernent des domaines comme les plasmas, la biophysique ou encore la géophysique.
Vue de dessus du motif observé à la périphérie extérieure d’un anneau de mercure soumis à des vibrations. Le nombre de lobes augmente avec la fréquence de la vibration (respectivement de gauche à droite, de haut en bas). La zone grise correspond au cylindre solide central. Diamètre du tore ~ 4 cm.
Références :
Observation of the Resonance Frequencies of a Stable Torus of Fluid
C. Laroche, J.-C. Bacri, M. Devaud, T. Jamin and E. Falcon
Physical Review Letters 123, 094502 (2019)
DOI: doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.094502
La stabilisation d’un anneau de fluide
Vue de dessus du motif observé à la périphérie extérieure d’un anneau de mercure soumis à des vibrations. Le nombre de lobes augmente avec la fréquence de la vibration (respectivement de gauche à droite, de haut en bas). La zone grise correspond au cylindre solide central. Diamètre du tore ~ 4 cm.