Caméras Ultra Rapides

Mystérieux Nuage (Faux)

SCIENCE & VIE JUNIOR N°346 > Juillet > 2018

Le Bon Poing

S.B. - CHASSEUR D'IMAGES N°403 > Mai > 2018

Rebond : Jean-Luc Boudin

CHASSEUR D'IMAGES N°399 > Décembre > 2017

T'es Givré ou Thé Glacé ?

ÇA M'INTÉRESSE ÉTONNANT HS N°11 > Juillet-Août > 2016

Corolle

CHASSEUR D'IMAGES N°382 > Avril > 2016

Les Chocs

CHASSEUR D'IMAGES N°380 > Janvier-Février > 2016

Effets de l'EAu

RÉPONSES PHOTO N°276 > Mars > 2015

La Violence du Monde Prise sur le Vif

Filmés à très hautes vitesses, les chocs les plus simples deviennent d'une complexité inattendue (ici une bille qui tombe dans l'eau ->).

Visualiser le déroulement d'un phénomène dans ce qu'il y a de plus imperceptible : tel est l'exploit que réalisent les caméras ultra-rapides, capables d'enregistrer jusqu'à plusieurs millions d'images par secondes !

A la clé, la révélation de la violence cachée des choses...

QUAND UNE GOUTTE D'EAU EXPLOSE...

Que se passe-t-il lorsqu'une goutte d'eau tombe dans un liquide, provoquant une gerbe ? Grâce aux caméras ultra-rapides, les physiciens ont accès à l'intimité d'un phénomène qui échappait à leurs investigations. Et ce qu'ils ont découvert nourrit leur questionnement : comment l'explosion d'une simple goutte peut-elle engendrer une majestueuse couronne d'éclaboussures qui se métamorphose elle-même en une toile de filaments liquides ? Et quelles forces sont responsables de ce mystérieux jet qui naît du trou laissé par une goutte tombée dans un liquide ?

"Ces questions occupent en grande partie notre communauté", assure Thomas Séon, physicien spécialiste des fluides à l'Institut Jean Le Rond D'Alembert.

Et pour cause. Dans ces phénomènes se dissimule l'essence même des lois de la physique, le moyen de tester l'influence des forces de gravité dans des conditions extrêmes, de comprendre la dynamique intime des liquides. Il fallait juste pouvoir les observer...

QUAND LE SABLE SE DÉSAGRÈGE...

Le sable est une énigme. Il façonne des montagnes, il se fracture comme un roc... mais il s'écoule en souplesse comme un liquide. Pourquoi ses grains semblent-ils liés alors qu'ils ne sont pas soumis aux forces qui obligent les molécules de liquide à occuper le plus petit volume possible ? "Nous manquons d'une description physique rigoureuse du sable, regrette Sigurdur Thoroddsen, spécialiste du sujet à l'université des sciences et technologies du roi Abdallah en Arabie Saoudite. Or, c'est d'une importance vitale pour l'industrie pharmaceutique et chimique"... A l'aide des caméras rapides, les physiciens ont pu étudier à la loupe les mouvements du sable dans les conditions extrêmes, et ils proposent enfin un début de réponse.


QUAND UNE BULLE D'AIR ÉCLATE...

Elle gonfle et s'élève irrésistiblement. Puis elle explose brutalement en une myriade de gouttelettes. Sous l'oil des caméras rapides, le destin de ce petit volume de gaz délimité par une infime enveloppe de liquide révèle toute sa violence. "Désormais, on connaît tout de la distribution selon leur taille des gouttes qui naissent de l'explosion d'une bulle, on comprend comment elle replie sa paroi lorsqu'elle explose", énumère Emmanuel Villermaux, de l'Institut des phénomènes hors équilibre de Marseille.

De précieuses données qui pourraient résoudre l'un des grands problèmes qui occupe les climatologues : tenir compte de la houle pour modéliser les interactions entre l'océan et l'atmosphère.

QUAND LA COQUILLE D'OUF SE BRISE...

Lorsqu'une coquille d'ouf se brise, la forme de la première fissure conditionne celle des suivantes. Etudiant ces images, une équipe norvégienne a calculé la distribution suivant leur taille des fragments issus de la rupture de tout cops doté d'une enveloppe rigide... comme les astéroïdes, par exemple.

Ils étaient réduits à évaluer les forces et les faiblesses de la matière, armés seulement de leurs théories et de leurs simulations... Grâce aux caméras ultra-rapides, les physiciens du solide font enfin leur entrée dans le monde réel. "Quel rôle jouent les défauts lorsqu'un matériau se rompt ? Jusqu'à quel point un solide se déforme avant de céder ? On commence seulement à pouvoir s'attaquer à ces questions, précise Laurent Ponson, de l'Institut Jean le Rond d'Alembert. Car les vitesses en jeu sont énormes : une fissure avance par sauts à la vitesse du son !"

FAITS & CHIFFRES : L'oil humain ne peut distinguer plus de 24 images par seconde même si le cerveau est capable de repérer un événement d'un centième de seconde. La plus rapide des caméras du monde capte, elle, 25 millions d'images par seconde et peut saisir un événement aussi fugace que 40 milliardièmes de seconde !

Elles ont ouvert la porte d'un nouveau monde. Depuis une dizaine d'années, les caméras ultra-rapides révèlent l'incroyable spectacle qui se cache derrière les événements les plus anodins. Une goutte qui explose, un caillou qui tombe dans le sable, une bulle qui éclate... vus à travers de leur objectif, les événements instantanés se distendent, révélant une succession complexe d'événements insoupçonnés, le ballet secret de la matière face à la violence du monde. Ces phénomènes étaient là, sous nos yeux. Simplement, on n'avait pas la bonne base de temps pour les voir", résume Emmanuel Villermaux, chercheur à l'Institut des phénomènes hors équilibre de Marseille. Les caméras ultra-rapides ont transformé le "boum" et le "plop" en films à grand spectacle... dont il ne reste aux physiciens qu'à découvrir les lois.
Cette iée de ralentir le monde pour le comprendre n'est pas nouvelle : dès 1878, le savant anglais Eadweard Muybridge décomposait la course du cheval en positionnant de nombreuses caméras le long de sa course et en les déclenchant les unes après les autres. De quoi révéler que le cheval ne lance jamais simultanément ses pattes en avant et en arrière, contrairement à ce que les peintres dessinaient... depuis le Moyen Age. Dans le droit fil de cette première révélation, les caméras ont longtemps été utilisées pour analyser des phénomènes à la fois rapides et complexes, comme le lourd vol du bourdon ou l'étrange pouvoir du gecko de courir sur l'eau.
Mais depuis le changement d'échelle brutal provoqué par le remplacement de la pellicule par l'électronique, les choses ont changé. "Lorsque les capteurs CCD sont arrivés au début des années 2000, on est passé, d'un coup, de quelques centaines d'images par seconde à des dizaines de milliers", détaille David Quéré, physicien à l'ESPCI de Paris. Et depuis, à l'université des sciences et technologies du roi Abdallah en Arabie Saoudite, Sigurdur Thoroddsen a atteint le million d'images par seconde avec une caméra qui stocke les images dans ses composants au lieu de les traiter à mesure qu'elles arrivent ; tandis qu'à l'université de Twente aux Pays-Bas, Detlef Lohse tutoie les 25 millions d'images par seconde à l'aide d'un mastodonte de la taille d'une machins à laver. Des records de vitesses qui donnent aux physiciens un regard neuf.

LA SOURCE DES PHÉOMÈNES

Comment le paroi d'une bulle de savon se replie quand elle explose, comment le sable se mue en un liquide, comment une goutte s'écrase sur le sol... depuis dix ans, ils peuvent enfin proposer des réponses quantifiées. "En ouvrant à tous les laboratoires les portes de l'infiniment rapide, ces caméras ont donné naissance à de nouveaux pans de recherches entiers", ajoute David Quéré. C'est par exemple en observant au ralenti le comportement étrange des gouttes de pluie sur les feuilles de nénuphars que s'est développée l'une des thématiques qui mobilise le plus de chercheurs en nanomatériaux".
Car il ne faut pas s'y tromper : ces travaux qui réenchantent des événements du quotidien, sont avant tout menés parce qu'ils revêtent une importance colossale pour les industriels. "les imprimantes à jet d'encre, la pulvérisation des peintures, l'injection du carburant dans les moteurs..., énumère Thomas Séon, physicien à l'Institut Jean Le Rond d'Alembert de Paris. Toutes ces techniques sont maîtrisées depuis longtemps de manière empirique. Mais aujourd'hui, nous avons les moyens de comprendre la source des phénomènes, et donc de les améliorer".
Grâce à la puissance des simulations numériques qui décrivent les phénomènes physiques dans leurs plus infimes détails, les théoriciens avaient pris de l'avance. La caméra rapide les a maintenant rattrapés. "Enfin, les modèles peuvent être mis à l'épreuve de l'expérience, se félicite Marie-Jean Thoraval, de l'université du roi Abdallah. Les expérimentateurs et les théoriciens parlent de nouveau le même langage". Les nouveaux films ultra-violents ont ramené les physiciens à la paillasse. Nul besoin pour eux d'accélérateurs de particules, de télescopes monumentaux, ni de supercalculateur : les univers qu'ils ont entrepris d'explorer sont en haut d'un tas de sable, au fond d'un verre d'eau et dans une coquille d'ouf !

SCIENCE & VIE > Décembre > 2012

On s'Éclate... en Ballon

Bang ! Le ballon, gonflé à mort, vient d'exploser.
Un micro a enregistré la détonation, ce qui a déclenché le flash au bon moment. Temps de pose : 0,000 003 s !

L'espèce de fumée que l'on aperçoit, c'est le talc que les fabricants glissent dans les ballons. Grâce à lui, on peut observer la propagation des déchirures.

Vous voyez ces arceaux blanchâtres qui partent du creux de chaque V ? Ce sont les bords nets de chaque ligne de rupture de l'enveloppe. Quelle régularité ! Son origine est délicate à expliquer.

Le caoutchouc étant partout à son étirement maximal, il a suffi d'un petit défaut quelque part pour provoquer l'éclatement. C'est probablement l'onde de choc qui, en se propageant, a découpé le ballon de la sorte.

SCIENCE & VIE JUNIOR N°259 > Avril > 2011

Éclats d'Enfance

SEPTEMBRE 2009, EXETER : ANGLETERRE.
La magie des bulles de savon ne fascine pas uniquement les petits.

On comprend pourquoi en voyant cette fragile sphère iridescente imploser dans un foisonnement de gouttelettes.

L'image, réalisée sans le moindre effet spécial, est l'ouvre de Richard Heeks, un grand enfant passionné par les bulles de savon depuis l'âge de 4 ans.

Les prendre en photo est devenu, selon ses mots, une "obsession" : choisir le bon moment de la journée, trouver une belle lumière pour, finalement, observer le monde qui s'y reflète !
"L'objectif apparaît toujours au centre. Je trouve cela rassurant, la vie est rarement aussi simple", explique-t-il...

CHOC N°124 > Octobre > 2009

Hiroshima

NEWLOOK N°334 > Juin > 2011

Une Vague Suspendue

SCIENCE & VIE JUNIOR N°272 > Mai > 2012
 
 

   

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