S'il était déjà possible de mettre en lévitation des gouttelettes et autres objets de faible masse grâce à l'émission d'ondes acoustiques, des chercheurs sont parvenus pour la première fois à contrôler la trajectoire de ces objets en lévitation. Une performance aux applications technologiques et industrielles extrêmement précieuses.
Une gouttelette d'eau flotte dans l'air, en lévitation. À une vingtaine de centimètres d'elle, un grain de sodium lévite également (voir photo ci-dessus). Peu à peu, la gouttelette d'eau et le grain de sodium se rapprochent l'un de l'autre, tous deux toujours en lévitation. Ils finissent bientôt par se toucher, et se mélangent jusqu'à ce que survienne la prévisible explosion (en effet, il est connu que le sodium réagit violemment avec l'eau : lorsqu'il est à son contact, il libère une grande quantité d'hydrogène ce qui déclenche une explosion).
Quel est le secret de cette expérience (voir la vidéo complète de cette expérience ci-dessous) ?
La lévitation acoustique.
Ce procédé permet de mettre en lévitation des corps de petite taille via l'émission d'une onde acoustique : une fois émise par un émetteur, l'onde est réfléchie par un réflecteur (ici, une paroi en plastique). Résultat : une fois réfléchie par le réflecteur, l'onde repart en sens inverse, et rencontre alors l'onde qui continue d'être produite par l'émetteur. Cette rencontre crée une sorte d'interférence qui débouche sur la création d'une onde stationnaire, permettant à un corps de faible masse situé sur cette onde de « flotter dans les airs ». Un peu comme si l’on disposait un ventilateur sous une balle de ping-pong de façon à ce que le jet d’air émis par le ventilateur compense la force de gravité s’exerçant sur la balle, lui permettant alors de flotter dans les airs…
Or, cette expérience, menée par le physicien Daniele Foresti dans les locaux de l'École Polytechnique fédérale de Zurich (Suisse), est complètement inédite. En effet, si la possibilité de mettre en lévitation des solides ou des liquides de faible masse grâce à la lévitation acoustique avait déjà été démontrée, c'est en revanche la première fois que des scientifiques parviennent à contrôler le mouvement des corps mis en lévitation acoustique.
Et ce procédé de « lévitation contrôlée », le physicien Daniele Foresti et ses collègues ont passé ces derniers mois à démontrer son efficacité au cours de nombreuses autres expériences toutes aussi étonnantes. Ils ont ainsi par exemple réussi à déplacer une gouttelette d'eau et un granulé de café soluble de façon à ce qu'ils se mélangent. Ou bien même encore à déplacer… un cure-dent.
Pour ludiques que puissent paraître ces expériences, elles recèlent en réalité des applications technologiques et industrielles extrêmement précieuses. Pour comprendre la portée de ce nouveau procédé, il faut d'abord savoir que certaines réactions chimiques ainsi que certains processus biologiques peuvent être compromis lorsque les substances impliquées dans l'expérience sont en contact avec des corps tiers (la paroi d’une éprouvette, par exemple). Grâce à ce nouveau procédé, il pourrait donc être possible d'éviter totalement le contact avec ces corps tiers. Dans un avenir proche, les scientifiques pourront par exemple mélanger de très petites quantités de liquide en évitant les éventuelles modifications chimiques qui pourraient être induites par le contact avec la surface d'un contenant.
Pour mettre au point ce procédé de « lévitation contrôlée », le physicien Daniele Foresti et ses collègues ont utilisé non pas un unique binôme constitué d’un émetteur acoustique et d'un réflecteur, comme c'est habituellement le cas dans les expériences de lévitation acoustique, mais plusieurs binômes de ce type, reliés les uns aux autres. En faisant varier les ondes acoustiques émises par chacun de ces binômes, les scientifiques sont ainsi parvenus à diriger la trajectoire des objets mis en lévitation acoustique.
Ces travaux pionniers ont été publiés le 30 juillet 2013 dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences, sous le titre « Acoustophoretic contactless transport and handling of matter in air ».
Voir la vidéo de l'expérience de la gouttelette d'eau et du grain de sodium citée en début d'article
Source : Journaldelascience
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