Les surfaces fluides en mouvement – une flamme, des vagues, du sable qui coule – continuent de poser des problèmes remarquables dont l'apparente simplicité est bien trompeuse. Le ressaut hydraulique qui se forme au fond de nos éviers, quand un filet d'eau vient le frapper, est encore mal compris. L'amincissement et la rupture d'un jet de liquide engendrent une cascade d'événements spectaculaires. La façon dont coule ou vieillit une mousse ou une émulsion est une question sur laquelle de nombreux progrès ont été accomplis ces dernières années.
L'observation directe de ce qui nous entoure peut donc être, encore aujourd'hui, le point de départ d'une recherche, comme l'illustrent les fontaines pulsantes, découvertes à Grenoble par Emmanuel Villermaux en 1994 et récemment étudiées par Christophe Clanet, à Marseille.
Une fontaine pulsante consiste en un mince jet d'eau envoyé verticalement, à un débit constant (photo). Le jet s'élève, jusqu'à une certaine hauteur : l'énergie cinétique du jet au moment où il s'élance se transforme peu à peu en énergie potentielle de gravité (un phénomène étudié autrefois par Mariotte). Une boule de fluide apparaît à son extrémité et grossit, alimentée par le flux de liquide. Cette boule finit ainsi par s'effondrer sous son propre poids, jusqu'au sol où elle se répand. Une nouvelle séquence peut alors reprendre, à l'identique : on est donc bien en présence d'un jet (ou fontaine) pulsant. Ces oscillations ne sont observées que dans une certaine plage de débits : quand ce dernier est trop faible, le jet ne parvient pas à décoller ; quand il est trop fort, il se pulvérise spontanément en gouttelettes.
Une des caractéristiques les plus remarquables des fontaines pulsantes est la dissymétrie temporelle entre montée et descente. Quand on lance vers le haut un caillou, le temps qu'il met à atteindre son point culminant est égal à celui qu'il lui faut pour en redescendre. Mais là, le jet est constamment alimenté ; la redescente se fait donc contre un jet, qu […]
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