Au niveau microscopique comme au niveau océanique, les liquides circulent par convection et sous certaines conditions s’organisent en file indienne. Un groupe de recherche du Département de physique de l’Université de Fribourg, dirigé par le Prof. Frank Scheffold, a contribué à cette intéressante découverte dans le domaine de la physique des fluides.

Présentation graphique des colonnes de convection.

Depuis toujours, le trafic des véhicules obéit à des règles simples, destinées à éviter les collisions: les véhicules se dirigeant dans une direction se déplacent le long d’une voie parallèle à celle des véhicules qui avancent dans la direction opposée. Les piétons aussi, lorsqu’ils se croisent, s’organisent en voies parallèles, malgré l’absence d’une règle communément établie. Les liquides miscibles, chauffés d’un côté, se comportent de la même manière. Ils forment des colonnes de convection qui, lors d’une légère inclinaison de la cellule de mesure, s’écoulent dans des directions opposées et s’auto-organisent en voies parallèles. Voilà ce que montrent les résultats d’une étude menée par le Dr Fabrizio Croccolo et le Prof. Frank Scheffold, président du Département de physique de l’Université de Fribourg, en collaboration avec le Prof. Alberto Vailati de l’Université de Milan.

Du laboratoire à l’océan

«Dans nos études des effets thermiques sur des mélanges liquides, nous avons observé des colonnes convectives de liquide ascendantes et descendantes qui se comportent comme des véhicules ou des piétons», explique le Dr Croccolo. Une légère inclinaison de la cellule de mesure expérimentale – environ 1 degré – suffit à provoquer ce phénomène. «Nous avons alors constaté que les colonnes s’auto-organisent et adoptent une circulation en parallèles alternées remarquablement régulières, même en l’absence de comportement intelligent.» Dans le système examiné, les mouvements sont déterminés par des différences de température et de composition du liquide. Ces paramètres étant semblables aux différences de température et de salinité qui contribuent à la circulation océanique, les résultats de cette étude pourraient contribuer à modéliser certains mouvements océaniques à large échelle.

Film de l’expérience:


Images des colonnes de convection: les zones sombres représentent le liquide plus chaud.


Les résultats de cette étude ont été publiés dans la prestigieuse revue scienfique Physical Review Letters:
http://prl.aps.org/abstract/PRL/v111/i1/e014502

Contact: Prof. Frank Scheffold, Département de physique, 026 300 91 17, frank.scheffold@unifr.ch