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Posté par Redbran le Lundi 04/01/2016 à 12:00
Dispersion induite par une force dans les milieux hétérogènes
Des physiciens viennent de montrer que dans un milieu hétérogène, un simple mouvement de dérive peut provoquer une dispersion des composants. Le nouveau traitement théorique qu'ils ont mis en place pour analyser ce problème leur a permis de caractériser comme des forces extérieures peuvent modifier la dispersion (La dispersion, en mécanique ondulatoire, est le phénomène affectant une onde dans un milieu dispersif, c'est-à-dire dans lequel les différentes fréquences...).


Exemples de trajectoires aléatoires de deux particules se déplaçant dans un milieu hétérogène périodique (la constante locale de diffusion est représentée par un code couleur), sous l'influence d'une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf....) extérieure orientée vers la droite. Les propriétés de dispersion caractérisent la façon dont ces particules s'éloignent (en moyenne) avec le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.).

De petites particules injectées localement dans un fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui sont des fluides peu compressibles. Dans...), par exemple de polluants, se dispersent progressivement dans tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) le volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.). Deux raisons à cela: à l'échelle macroscopique, les mouvements désordonnés du fluide mélangent ses composants, et à l'échelle microscopique, l'agitation (L’agitation est l'opération qui consiste à mélanger une phase ou plusieurs pour rendre une ou plusieurs de ces caractéristiques homogènes....) thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents phénomènes physiques, en...) provoque un mouvement erratique différent pour chaque particule.

Des physiciens du Laboratoire ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans...) et matières d'Aquitaine - LOMA (CNRS/Univ. Bordeaux) viennent de montrer que dans un milieu hétérogène, telle un milieu poreux ou un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit...) de microcanaux, une troisième source de dispersion peut apparaître lorsque les particules sont soumises à une force constante provoquant un mouvement de dérive.


Exemple de valeurs de coefficients de diffusion effectifs en fonction de la force extérieure pour le problème de la figure 1 (Direction x: parallèle à la force ; y: perpendiculaire). Noter le comportement non-monotone des coefficients de diffusion, et l'accroissement important de Dxx sous l'effet de la force.

Pour réaliser ce travail, les chercheurs ont généralisé et combiné des approches utilisées habituellement dans des contextes différents: la mécanique des fluides (La mécanique des fluides est la branche de la physique qui étudie les écoulements de fluides c'est-à-dire des liquides et des gaz lorsque ceux-ci subissent des forces ou des contraintes....) pour l'échelle macroscopique, et la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...) statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon. D'une façon générale, c'est le résultat de l'application d'une méthode statistique à un...) pour l'échelle microscopique. Ils ont montré que la force extérieure peut augmenter considérablement la dispersion dans la direction de la force et qu'elle modifie aussi la dispersion dans les directions perpendiculaires à la force. Ce travail est publié dans la revue Physical Review Letters.

Pour plus d'informatIon voir:
Force-induced dispersion in heterogeneous media
T. Guérin et D. S. Dean, Physical Review Letters (2015)

Retrouvez l'article sur les bases d'archives ouvertes HAL et arXiv

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Source et illustrations: CNRS/LOMA