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Un étudiant de l'EPFL résout une vieille énigme

Depuis plus d'un siècle, un phénomène physique restait sans réponse pour les scientifiques. C'est un ancien élève de l'EPFL qui a trouvé la solution.

Wassim Dhaouadi, à droite, réalise actuellement un master à l'EPF de Zurich.
Wassim Dhaouadi, à droite, réalise actuellement un master à l'EPF de Zurich.
Twitter: @EPFLEngineering

Un étudiant de l'EPFL a résolu un mystère de physique vieux de 100 ans. Son travail dévoile les mécanismes à l'œuvre lorsqu'une bulle de gaz reste collée aux parois d'un tube vertical étroit. Le chercheur a pu mesurer la présence d'un film de liquide ultra-fin entre la bulle et le bord du tube.

Il est courant d'observer, dans un verre d'eau, les bulles d'air se diriger naturellement vers la surface du liquide. Ce phénomène est facile à expliquer avec les lois de la physique classique. Cependant, ces lois n'expliquent pas pourquoi une bulle placée dans un tube étroit de quelques millimètres de diamètre ne parvient plus à monter, mais reste coincée et immobile.

Ce phénomène étrange, mis en évidence il y a près d'un siècle, est demeuré jusqu'ici obscur pour les physiciens. En principe, cette bulle ne devrait pas rencontrer de résistance, et continuer son ascension, à moins que le fluide soit en mouvement, a indiqué lundi l'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) dans un communiqué.

Il y a près de 60 ans, le scientifique Francis Bretherton a tenté d'expliquer ce phénomène en s'attachant à la forme de la bulle. D'autres théoriciens ont avancé que la raison pour laquelle la bulle ne montait pas était la présence d'un film de liquide ultra-fin, présent entre la bulle et le tube. Or aucune de ces théories n'expliquait les mécanismes en jeu de façon complète.

Vitesse extraordinairement lente

Wassim Dhaouadi, étudiant en Bachelor au Laboratoire de mécanique des interfaces souples, dirigé par John Kolinski, a pu pour la première fois observer la couche ultra-fine située entre la bulle et la paroi du tube, la mesurer, et décrire ses propriétés.

Son étude, publiée dans la revue Physical Review Fluids, a démontré que les bulles n'étaient en réalité pas coincées dans le tube, comme on le pensait jusqu'ici, mais qu'elles se déplaçaient à une vitesse extraordinairement lente. Un mouvement impossible à voir à l'œil nu.

Méthode d'interférométrie

Pour observer cette couche épaisse de quelques dizaines de nanomètres (millionième de millimètres), Wassim Dhaouadi et John Kolinski ont recouru à une méthode d'interférométrie. Il s'agit d'envoyer de la lumière sur la bulle dans le tube, et d'analyser l'intensité de la lumière réfléchie.

En utilisant l'interférence entre la lumière réfléchie depuis la surface intérieure du tube, et celle réfléchie à la surface de la bulle, il a été possible d'obtenir une mesure très précise de la couche située entre la bulle et la surface du tube.

Cette recherche pourrait se révéler intéressante pour étudier les phénomènes des fluides à l'échelle nanométrique, dans des systèmes biologiques par exemple, note l'EPFL.

«C'était une chance de pouvoir mener un projet de recherche si tôt dans mon curriculum. Au départ, nous ne savions même pas s'il y aurait une solution à ce problème, à l'inverse des devoirs d'étudiants habituels», indique Wassim Dhaouadi, cité dans le communiqué. Le chercheur réalise actuellement un master à l'EPF de Zurich.

(ats)

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