Un petit bateau flottant à l’envers sur un fluide en lévitation
Des chercheurs français affiliés à l’Institut Langevin et à la Sorbonne ont réussi un véritable tour de magie. En exploitant un phénomène physique paradoxal de type antigravité qui se produit lorsque des fluides sont soumis à des vibrations, les chercheurs ont non seulement fait léviter un fluide, mais ont également fait flotter un petit bateau jouet à l’envers.
Depuis les années 1950, les physiciens ont remarqué que les fluides soumis à des vibrations à relativement haute fréquence (100 Hz ou plus) peuvent faire couler les bulles de gaz qui font remonter le liquide et le font léviter.
(Nature)
Et même, deux masses liquide, en lévitation l’une au dessus de l’autre. (Nature)
Dans leur nouvelle étude (lien plus bas), les chercheurs dirigés par Benjamin Apffel de l’Institut Langevin à Paris, rapportent maintenant une nouvelle bizarrerie de ce phénomène : des objets peuvent en fait flotter à l’envers sur la couche inférieure du fluide en lévitation.
Au cours de leur expérience, les chercheurs ont rempli de petites bassines de glycérol ou d’huile de silicone, puis ils ont procédé à l’agitation de la bassine à l’aide d’une machine vibrante. Les liquides se sont rapidement élevés du fond de la bassine, flottant au-dessus d’une couche de bulles de gaz. Ce n’est pas une surprise.
Ce qui a vraiment surpris, c’est le fait qu’un petit bateau jouet (7 grammes et 2,5 cm de longueur) pouvait flotter et même se déplacer partiellement submergé sous le liquide en lévitation, semblant défier la gravité.
Dans leur étude (lien plus bas), les chercheurs affirment que les vibrations verticales provoquent des oscillations sur la force gravitationnelle effective exercée à la fois sur le fluide et sur tout objet submergé dans le fluide. Cela conduit à une force moyenne dans le temps appliquée au corps submergé, permettant au corps de flotter sur la surface inférieure du fluide.
Selon les chercheurs :
Les corps peuvent ainsi flotter à l’envers sur l’interface inférieure des couches de liquide en lévitation. Nous utilisons notre modèle pour prédire l’excitation minimale nécessaire pour résister à la chute d’un tel flotteur inversé, qui dépend de sa masse. Les observations expérimentales confirment la possibilité de chute sélective de corps lourds. Nos résultats nous invitent à repenser tous les phénomènes interfaciaux dans cette configuration stable exotique et contre-intuitive.
Au-delà d’une simple curiosité scientifique, les effets des oscillations à haute fréquence sur les systèmes pourraient avoir des implications pour la recherche en chimie, en physique et en biologie.
L’étude publiée dans Nature : Floating under a levitating liquid et présentée sur le site de l’ESPCI Paris : Une poussée d’Archimède… inversée !