Des scientifiques résolvent le mystère du paradoxe de Léonard de Vinci, vieux de 500 ans
Les chercheurs ont utilisé une technique de discrétisation numérique.
Vous avez peut-être entendu parler du paradoxe des bulles d’air de Léonard de Vinci, vieux de 500 ans. Flottant à la surface de l’eau, il a observé que les bulles s’enroulaient en spirale et en zigzag plutôt que de monter.
Les professeurs Miguel Ángel Herrada, de l’université de Séville, et Jens G. Eggers, de l’université de Bristol, ont trouvé une méthode pour expliquer le mouvement erratique des bulles qui s’élèvent dans l’eau. Selon les chercheurs, cette étude pourrait être utile pour comprendre la mobilité des particules dont le comportement est transitoire entre un solide et un gaz.
Croquis de Léonard montrant le mouvement en spirale d’une bulle ascendante. University of Sevilla
Une technique de discrétisation numérique
Comme expliqué dans un communiqué de presse, l’interface air-eau de la bulle peut être caractérisée avec précision par les auteurs de cette nouvelle étude à l’aide d’une technique de discrétisation numérique, ce qui leur permet de simuler le mouvement de la bulle et d’étudier sa stabilité.
Ils démontrent que les bulles s’écartent d’une trajectoire rectiligne dans l’eau lorsque leur rayon sphérique dépasse 0,926 millimètre, un résultat qui se situe à moins de deux pour cent des valeurs expérimentales obtenues avec de l’eau ultrapure dans les années 1990. Leurs simulations correspondent étroitement aux mesures de haute précision du mouvement instable des bulles.
Les chercheurs suggèrent un mécanisme d’instabilité de la trajectoire de la bulle dans lequel l’inclinaison périodique de la bulle modifie sa courbure, influençant la vitesse ascendante et entraînant une oscillation de la trajectoire de la bulle, inclinant vers le haut le côté de la bulle dont la courbure a augmenté. Le déséquilibre de pression fait ensuite revenir la bulle à sa position initiale, poursuivant le cycle périodique, car le fluide se déplace plus rapidement et la pression du fluide diminue près de la surface à forte courbure.
Comme le souligne Vice, “le mouvement des bulles dans l’eau joue un rôle central pour un large éventail de phénomènes naturels, de l’industrie chimique à l’environnement”, ont déclaré les auteurs Miguel Ángel Herrada et Jens Eggers, qui sont des chercheurs en physique des fluides à l’université de Séville et à l’université de Bristol. “L’ascension flottante d’une seule bulle sert de paradigme très étudié, tant sur le plan expérimental que théorique.”
“Pourtant, malgré ces efforts, et malgré la disponibilité immédiate d’une énorme puissance de calcul, il n’a pas été possible de concilier les expériences avec les simulations numériques des équations hydrodynamiques complètes pour une bulle d’air déformable dans l’eau”, ont-ils également ajouté.
“Cela est vrai en particulier pour l’observation intrigante, déjà faite par Léonard de Vinci, que des bulles d’air suffisamment grandes effectuent un mouvement périodique, au lieu de s’élever le long d’une ligne droite.”
L’étude a été publiée dans PNAS le 17 janvier.
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Source : Interesting Engineering – Traduit par Anguille sous roche
