Lundi 15 Septembre

Son et lumière dans les bulles

par Sébastien Balibar & Frédéric Caupin

Ecole Normale Supérieure

Dans un verre de Champagne, dans une bouilloire électrique, derrière l'hélice d'un bateau ou dans une cuve de nettoyage par ultrasons, qu'est-ce qui déclenche la " cavitation " ou  l' " ébullition ", c'est-à-dire la naissance des bulles ? Cela dépend à la fois de la température et de la pression, ainsi que de l'état des parois. Dans certains cas ces bulles sont mises à profit (Champagne, cuves à ultrasons), dans d'autres elles sont gênantes (machines hydrauliques et hélices). Plusieurs expériences permettent d'illustrer les quelques notions de physique simple qui sous-tendent la description scientifique de ces phénomènes de notre vie quotidienne.

Dans un verre de Champagne, les bulles naissent sur des défauts hydrophobes des parois. Cela aide beaucoup à sentir le parfum du vin.

Derrière l'hélice d'un bateau, les bulles naissent sur de petites inclusions d'air au cœur des tourbillons, là où la pression est réduite par le courant.

(Cliché P.L. Le Guet, Bassin d'essai des carènes, DCN, Paris)

Dans certains cas, l'apparition de bulles est difficile, comme par exemple au sommet des grands arbres, où la pression est négative. Des pressions très négatives sont aussi obtenues lorsqu'on casse un liquide propre avec des ultrasons très intenses comme certains médecins cassent les calculs rénaux dans les hôpitaux. Cette méthode est aujourd'hui utilisée pour mieux comprendre la cohésion interne de la matière liquide, en particulier celle de l'eau pure, liquide complexe par excellence.

Les bulles font aussi du bruit, en convertissant une partie de leur énergie en ondes sonores. C'est ce qu'on entend dans une bouilloire, c'est aussi ce qu'utilisent certaines crevettes mexicaines pour tuer leurs proies.

Enfin, si l'on force une bulle à imploser violemment, on peut même lui faire émettre un peu de lumière bleue.

Cavitation acoustique dans l'éthanol, à une pression négative d'environ -240 bar
(4 photos prises à quelques millisecondes d'intervalle par F. Caupin, ENS Paris)

Dans le golfe du Mexique, certaines crevettes tuent leurs proies en émettant des bulles avec leurs pinces
(Cliché M. Versluis et al., Université de Twente, Pays Bas)