Des gouttes qui "marchent sur l'eau"

Des chercheurs du CNRS et de l'Université Paris 7 ont étudié des gouttes qui rebondissent sur une surface liquide. Ils ont découvert que, dans certaines conditions, les gouttes se mettent à "marcher" sur la surface. Lorsque deux gouttes se rencontrent, elles peuvent former un système binaire, l'une tournant autour de l'autre. Ces résultats ont été publiés dans la revue Nature du 08 septembre. Ce genre d'étude est relié aux applications industrielles qui font intervenir des gouttes, par exemple les imprimantes à jet d'encre.


Prenez un récipient plein d'eau. Secouez le régulièrement de bas en haut et de haut en bas. Sans cesser de secouer, laissez tomber une goutte d'eau sur la surface liquide: vous aurez peut-être la surprise de voir la goutte rebondir à la surface de l'eau. Ceci se produit à certaines fréquences d'agitation car la couche d'air présente entre la goutte et la surface juste avant le contact n'a pas le temps de s'évacuer, et la goutte rebondit dessus, sans toucher la surface. Ce phénomène a été observé par les chercheurs du CNRS et de l'Université Paris 7 il y a quelques mois, avec de l'eau ou d'autres liquides. Aujourd'hui, ils ont constaté un phénomène plus étonnant encore: la goutte rebondissante se met parfois à "marcher" sur la surface.

A chaque fois qu'elle s'approche du liquide, la goutte crée une onde qui se manifeste par des vaguelettes concentriques à la surface. Dans certaines conditions, notamment de fréquence et d'amplitude du mouvement de la surface liquide, la goutte retombe sur le côté d'une vaguelette, puis à nouveau sur le côté d'une autre vaguelette qui l'entraîne encore plus loin dans une trajectoire rectiligne, de rebondissements en rebondissements. Ainsi, la goutte se met en translation horizontale, autrement dit en "marche". Les physiciens ont élaboré un modèle théorique permettant de prévoir la transition du rebondissement sur place vers la marche ainsi que les interactions entre "marcheurs".

Que se passe-t-il quand deux de ces marcheurs se rencontrent ? Soit leur trajectoire est déviée, comme celle de deux boules de billard, et les gouttes repartent chacune dans une nouvelle direction, soit elles se "capturent", c'est-à-dire qu'elles se mettent en rotation, formant un système similaire à celui d'une étoile binaire. Il arrive même qu'une grosse goutte se mette ainsi à tourner autour d'une goutte plus petite.

Etat localisé

Ce système intéresse particulièrement les physiciens car il constitue un nouvel exemple d'"état localisé". Un état localisé est un phénomène qui se produit en un seul endroit du système. Les vortex, dans les fluides, en sont des exemples. Dans le cas des gouttes rebondissantes, les chercheurs ont obtenu, pour la première fois dans un seul système, tous les modes d'interaction entre états localisées qui avaient été découverts de manière séparée (dans des systèmes physiques différents). Ils ont ainsi observé plusieurs gouttes qui forment un réseau, deux gouttes en orbite l'une autour de l'autre (avec des tailles d'orbite quantifiées) ou des gouttes dont le comportement est erratique.

Ce genre d'étude, qui permet de mieux comprendre le comportement des gouttes et les conditions dans lesquelles elles coalescent ou non, est important pour toutes les applications industrielles qui font intervenir des gouttes, par exemple dans les imprimantes à jet d'encre.