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JeanPierre Grasset, Ă©lu au conseil municipal, rĂ©pond Ă Maryse Maumus, l'actuelle maire de Trie. « Madame le maire, dans la presse du 29 avril 2010, vous m'accusez d'ĂȘtre la
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Cettepierre se purifie Ă lâeau, par immersion ou en passage sous lâeau claire, ou pas fumigation Ă la sauge ou au palo santo. Elle se recharge au soleil. Le petit mot de Coralie sur l'Obsidienne « Pour moi lâobsidienne est vraiment une pierre de protection. Je la conseille pour un travail dâintrospection ou un travail sur un blocage. Câest une pierre trĂšs puissante qui m
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Photo prise par Zhang Kaiyv Lorsquâune goutte dâeau est projetĂ©e dans une bassine de liquide, elle finit irrĂ©mĂ©diablement par fusionner avec le liquide ; on parle alors de coalescence. En revanche, si la bassine vibre verticalement, la goutte dâeau peut Ă©ventuellement rebondir indĂ©finiment. Intrigant ? Il y a mieux ! Si la bassine vibre de maniĂšre suffisamment intense, des ondes apparaissent spontanĂ©ment Ă la surface du liquide et la goutte rebondissante se met Ă avancer, Ă marcher sur un liquide » ! Surprenant non ? Je vous propose tout dâabord de vous expliquer comment un tel phĂ©nomĂšne se produit. Et dans un second temps, je discuterai quelques propriĂ©tĂ©s fascinantes de ces objets, appelĂ©s marcheurs. Faire rebondir une goutte sur un liquide Figure 1 a ArrivĂ©e dâune goutte dâhuile silicone sur un bain liquide en vibration. Lâair entre la goutte et lâhuile met un temps fini Ă ĂȘtre expulsĂ©. b Si le bain vibre, une goutte peut rebondir Ă sa surface diamĂštre mm, 1 ms entre chaque photographie, images extraites de 1 .Il faut tout dâabord sâattarder un peu plus sur cet Ă©vĂ©nement apparemment banal, une goutte impactant une surface du mĂȘme liquide. Ă y regarder de plus prĂšs, ce processus nâest pas instantanĂ© et est plus complexe quâil nây paraĂźt. Imaginons une goutte arrivant Ă la surface dâun bain du mĂȘme liquide comme schĂ©matisĂ© sur la figure 1a. Dans les tout derniers instants avant impact, il faut que lâair entre la goutte et la surface du liquide soit expulsĂ©, ce qui nâest pas immĂ©diat. Pour donner un ordre de grandeur, la couche dâair Ă expulser est de lâordre du dixiĂšme de millimĂštres. Le drainage de cet air interstitiel est dâautant plus long, quâĂ ces Ă©chelles de taille, le caractĂšre visqueux de lâair devient prĂ©pondĂ©rant. Le drainage peut durer jusquâĂ plusieurs milliĂšmes de seconde. Pendant cette expulsion de lâair, la goutte continue de tomber sous lâeffet de la gravitĂ©, ce qui exerce une force sur le bain et en dĂ©forme la surface. En retour, le bain exerce donc une force sur la goutte \\overrightarrow{F}_\mathrm{bain\rightarrow goutte}\ et ce jusquâĂ la coalescence. Si le bain vibre verticalement, la situation est diffĂ©rente 2. La vibration induit une succession dâaccĂ©lĂ©rations et dĂ©cĂ©lĂ©rations Ă la surface du bain, ce qui se traduit par lâajout dâune force oscillante supplĂ©mentaire \\overrightarrow{F}_\mathrm{vib}t\. La force exercĂ©e par le bain oscillant sur la goutte Ă lâapproche du bain vaut donc \\overrightarrow{F}_\mathrm{bain\rightarrow goutte} + \overrightarrow{F}_\mathrm{vib}t\. Cette force peut Ă©ventuellement excĂ©der la force de pesanteur et Ă©jecter la goutte vers le haut 3 . Elle dĂ©colle donc, atteint un maximum dâaltitude puis redescend vers le bain. Ă lâapproche de ce dernier, le bain exerce une force sur la goutte qui peut excĂ©der la force de pesanteur, elle redĂ©colle et ainsi de suite. Qualitativement, la situation est semblable Ă une balle rebondissant sur un plateau vibrant verticalement, Ă la diffĂ©rence prĂšs que la goutte cesse dâexister si la vibration est coupĂ©e . La figure 1b montre le rebond dâune goutte dâune huile silicone cette huile est ici \ 50 \ fois plus visqueuse que lâeau Ă la surface dâun bain vibrĂ© du mĂȘme liquide. La goutte de diamĂštre lĂ©gĂšrement infĂ©rieur au millimĂštre rebondit alors avec une pĂ©riode de \ T_F = 25~\mathrm{ms} \ et le bain oscille deux fois plus rapidement avec une amplitude dâaccĂ©lĂ©ration Ă©gale Ă \ \. Dans ce rĂ©gime de paramĂštres, le rebond vertical de la goutte se synchronise avec lâoscillation verticale du bain. Propulser une goutte Ă la surface dâun liquide Figure 2 a Une goutte marcheuse autopropulsĂ©e par son cortĂšge ondulatoire. b La vibration dĂ©clenche une instabilitĂ© ondulatoire de surface que la goutte excite Ă chaque rebond. La goutte rebondit sur une surface qui nâest plus plane, ce qui propulse la goutte vers lâavant. c Sous lâeffet de la vibration, chaque impact gĂ©nĂšre une onde stationnaire centrĂ©e au point dâimpact et dont lâamplitude dĂ©croĂźt dans le temps. En prĂ©sence dâimpacts multiples, les ondes sâajoutent linĂ©airement et forment une onde augmentant un peu lâamplitude dâaccĂ©lĂ©ration, disons jusquâĂ \ \, des ondes de surface localisĂ©es prĂšs de la goutte surgissent spontanĂ©ment et cette derniĂšre se met Ă avancer en ligne droite dans le plan horizontal voir figure 2a avec une direction initiale alĂ©atoire 4â6. Elle avance jusquâĂ atteindre les bords du bain, se rĂ©flĂ©chit et repart dans une autre direction. Comment ce mouvement spontanĂ© est-il possible ? DâoĂč viennent ces ondes de surface et en quoi sont-elles liĂ©es Ă la propulsion de la goutte ? Habituellement, une interface entre un liquide au repos et de lâair est plate et horizontale. En revanche, si lâon fait vibrer un bain verticalement cet Ă©tat devient instable au-delĂ dâun seuil critique dâaccĂ©lĂ©ration, dit seuil dâaccĂ©lĂ©ration de Faraday, du nom dâun physicien britannique du 19e siĂšcle. Je vous recommande dâaller regarder la vidĂ©o suivante afin dâavoir un aperçu du phĂ©nomĂšne. Une interface liquide/air peut Ă©galement propager des ondes dont les propriĂ©tĂ©s de propagation dĂ©pendent et la tension de surface de lâinterfacea et de la gravitĂ©. DĂšs lors que lâon module un paramĂštre, dans notre cas la gravitĂ© apparenteb Ă la surface du bain oscillant, ce systĂšme oscillatoire peut devenir instable. Cette instabilitĂ© dite paramĂ©trique se retrouve dans de nombreux domaines de la physique, de la mĂ©canique Ă lâoptique en passant par la physique des plasmas. Mais revenons Ă notre cas. Au-delĂ du seuil critique de Faraday, une onde stationnaire envahit lâensemble de la surface du liquide, en deçà lâinterface est plate. NĂ©anmoins si lâon se place lĂ©gĂšrement sous le seuil de lâinstabilitĂ© et que lâon perturbe la surface par lâimpact dâune goutte, les modes instables se rĂ©veillent et survivent en dĂ©croissant pendant un certain temps moyen ? que lâon appelle temps de mĂ©moire. Ce temps de mĂ©moire est dâautant plus long que lâaccĂ©lĂ©ration du bain se rapproche du seuil dâaccĂ©lĂ©ration de Faraday. Au rebond suivant, la goutte atterrit sur une surface qui nâest plus tout Ă fait plane ce qui la propulse vers lâavant voir figure 2b. Au rebond suivant, rebelote ! Le nouvel impact gĂ©nĂšre une onde sâajoutant Ă ce quâil reste des ondes gĂ©nĂ©rĂ©es un rebond plus tĂŽt et ainsi de suite. Comme schĂ©matisĂ© sur la figure 2c, lâonde stationnaire de surface dĂ©pend donc de la position du dernier impact, mais Ă©galement des prĂ©cĂ©dents. Le rapport \ \tau / T_F \ indique le nombre moyen de rebonds que le systĂšme ondulatoire se remĂ©more. On lâappelle donc la mĂ©moire ondulatoire du systĂšme 7. PropriĂ©tĂ©s de quantification dâun systĂšme onde-pilote macroscopique Il sâagit dâun systĂšme dynamique hors dâĂ©quilibre pour le moins intrigant la goutte a besoin de lâonde pour avancer tandis que lâonde a besoin de lâimpact de la goutte pour ĂȘtre gĂ©nĂ©rĂ©e. En raison de cette interdĂ©pendance entre la goutte et son onde compagnon, on dit que ce systĂšme est dual. Cette dualitĂ© onde-particule Ă lâĂ©chelle macroscopique est une propriĂ©tĂ© originale, car elle fait Ă©cho aux idĂ©es portĂ©es par Louis de Broglie au dĂ©but de la construction de la thĂ©orie quantique du dĂ©but du 20e siĂšcle c. Cette propriĂ©tĂ© singuliĂšre a motivĂ© un certain nombre de physiciens Ă creuser la question dont moi-mĂȘme, durant ma thĂšse de doctorat. Il ne sâagit pas dâun systĂšme quantique, mais ce systĂšme, stockant de lâinformation sous forme ondulatoire, possĂšde une mĂ©moire propre permettant dâobtenir des corrĂ©lations internes Ă temps longs, notamment dans les rĂ©gimes de haute mĂ©moire ondulatoire dans lesquels on se place pour la suite. Figure 3 a Confinement dâune goutte marcheuse dans un potentiel harmonique de raideur ?. ExpĂ©rimentalement, la goutte est chargĂ©e en ferrofluide ; on peut ensuite venir la confiner par un champ magnĂ©tique externe. b Ensemble des trajectoires numĂ©riques stables dans un un diagramme dâĂ©tat R extension moyenne Lz moment angulaire moyen. Les Ă©chelles de longueur sont exprimĂ©s en fraction de la longueur dâonde des ondes λF ~ 5 mm, les Ă©chelles de vitesse en fraction de vitesse moyenne du marcheur libre. c RĂ©sultats numĂ©riques mettant en Ă©vidence une double quantification. Les diffĂ©rents symboles correspondent aux trajectoires de la figure des principales consĂ©quences de ces corrĂ©lations internes est la quantification » des trajectoires suivies par le marcheur. Lors de ma thĂšse, avec StĂ©phane Perrard, nous avons Ă©tudiĂ© les trajectoires de marcheurs dans des piĂšges bidimensionnels dits harmoniques comme schĂ©matisĂ©s sur la figure 3a StĂ©phane expĂ©rimentalement, moi thĂ©oriquement et numĂ©riquement. Nous avons dĂ©couvert quâen changeant la raideur de confinement, la forme des trajectoires changeait par saut discret. Comme rĂ©sumĂ© sur la figure 3b, il peut sâagir de trajectoires circulaires tournant autour du centre du piĂšge harmonique, mais Ă©galement de trajectoires avec des symĂ©tries dâordre plus Ă©levĂ©. Ces trajectoires numĂ©riques sont classifiĂ©es en fonction de leur extension moyenne \ \overline{R} \ et de leur Ă©tat de rotation moment angulaire moyen \ \overline{L}_z \ d. La figure 3c nous montre clairement cette double quantification dans la mesure oĂč lâensemble des trajectoires stables forme un ensemble discret. LâĂ©mergence dâune double quantification, en taille et en Ă©tat de rotation, repose ici sur des phĂ©nomĂšnes dâautoadaptation entre des trajectoires et le champ dâonde de surface. Le mĂ©canisme complet est complexe, mais lâidĂ©e essentielle est la suivante. Comme schĂ©matisĂ© sur la figure 3b, les trajectoires stables sont des trajectoires pĂ©riodiques, ce sont donc des trajectoires fermĂ©es. Sur une trajectoire fermĂ©e, chaque impact gĂ©nĂšre des ondes stationnaires cylindriques centrĂ©es aux points dâimpact successifs de maniĂšre comparable Ă la figure 2c. La superposition de toutes ces ondes forme un motif ondulatoire bien dĂ©fini que lâon appelle un mode que la goutte revisite au tour dâorbite suivant. Plus la sommation est constructive et plus la force de confinement est importante ce qui pousse la goutte Ă se rapprocher des nĆuds e du mode. Tant quâelle reste dans cette situation, elle continue sa trajectoire. Si elle sâĂ©carte trop du nĆud, lâamplitude du mode de confinement croĂźt ce qui ramĂšne la goutte Ă sa position initiale. Une description un peu plus dĂ©taillĂ©e ce mĂ©canisme dâauto-organisation ondulatoire peut ĂȘtre trouvĂ©e dans les articles suivants 8â14. Conclusion Il est assez frappant de voir quâen partant dâun Ă©vĂ©nement apparemment aussi banal quâune goutte dâeau impactant un liquide, on peut aboutir Ă un tel systĂšme de marcheurs. Dans certaines conditions, une goutte de liquide peut rebondir sur un bain du mĂȘme liquide. Plus impressionnant encore, une goutte de liquide peut se dĂ©placer Ă la surface sur un bain du mĂȘme liquide. Jâai essayĂ© de vous dĂ©crire quelques propriĂ©tĂ©s des marcheurs, notamment le caractĂšre dual de leur dynamique et la quantification de leurs trajectoires en piĂšge harmonique. Leurs propriĂ©tĂ©s de mĂ©moire en font des objets tout Ă fait originaux dans la mesure oĂč leur dynamique interne est non locale en temps. Les marcheurs suscitent la fascination de nombreuses Ă©quipes de recherches Ă travers le monde, et leur Ă©tude a permis des cheminements de pensĂ©es tout Ă fait inattendus qui Ă leur tour ont donnĂ© lieu Ă des applications nouvelles comme dans le contrĂŽle ondulatoire 15. La description du systĂšme est issue du travail de thĂšse de Susie ProtiĂšre puis Antonin Eddi. Le travail en confinement harmonique a Ă©tĂ© rĂ©alisĂ© lors de ma thĂšse de doctorat encadrĂ©e par Emmanuel Fort Institut Langevin, ESPCI, co-encadrĂ©e par Yves Couder MSC Univ. Paris Diderot et John Bush Math. Dpt, MIT. Mon travail a Ă©tĂ© principalement thĂ©orique et numĂ©rique. Lâensemble des rĂ©sultats expĂ©rimentaux a Ă©tĂ© obtenu lors de la thĂšse de StĂ©phane Perrard avec qui jâai Ă©troitement collaborĂ©. 1. Eddi A. Marcheurs, dualitĂ© onde-particule et MĂ©moire de chemin. March 2011. 2. Couder Y, ProtiĂšre S, Fort E, Boudaoud A. Dynamical phenomena Walking and orbiting droplets. Nature. 2005;437. doidoi 4. ProtiĂšre S, Doudaoud A, Couder Y. Particleâwave association on a fluid interface. J Fluid Mech. 2006;55485-108. doi 5. Oza AU, Rosales RR, Bush JWM. A trajectory equation for walking droplets hydrodynamic pilot-wave theory. J Fluid Mech. 2013;737552-570. doi 6. Milewski PA, Galeano-Rios CA, Nachbin A, Bush JWM. Faraday pilot-wave dynamics modelling and computation. J Fluid Mech. 2015;778361-388. doi 7. Eddi A, Sultan E, Moukhtar J, Fort E, Rossi M, Couder Y. Information stored in Faraday waves the origin of a path memory. J Fluid Mech. 2011;674433-463. doi 8. Kurianski KM, Oza AU, Bush JWM. Simulations of pilot-wave dynamics in a simple harmonic potential. Phys Rev Fluids. 2017;211. doi 9. Labousse M, Perrard S, Couder Y, Fort E. Build-up of macroscopic eigenstates in a memory-based constrained system. New J Phys . 2014;1611113027. doi 10. Labousse M. Etude dâune dynamique Ă mĂ©moire de chemin une expĂ©rimentation thĂ©orique. . December 2014. 11. Perrard S, Labousse M, Miskin M, Fort E, Couder Y. Self-organization into quantized eigenstates of a classical wave-driven particle. Nat Commun. 2014;5. doi 12. Labousse M, Perrard S, Couder Y, Fort E. Self-attraction into spinning eigenstates of a mobile wave source by its emission back-reaction. Phys Rev E. 2016;944. doi 13. Labousse M, Oza AU, Perrard S, Bush JWM. Pilot-wave dynamics in a harmonic potential Quantization and stability of circular orbits. Phys Rev E. 2016;933. doi 14. Durey M, Milewski PA. Faraday waveâdroplet dynamics discrete-time analysis. J Fluid Mech. 2017;821296-329. doi 15. Bacot V, Labousse M, Eddi A, Fink M, Fort E. Time reversal and holography with spacetime transformations. Nature Phys. 2016;1210972-977. doi Notes
Lazzaro Spallanzani 1729-1799, biologiste, physicien, géologue, brillant précurseur de la méthode expérimentale, fut admiré par Pasteur qui plaça son portrait en face du sien dans son dernier répondre à l'énigme que représentait alors le phénomÚne du ricochet - comment est-il possible qu'une pierre rebondisse sur l'eau ?» -, Spallanzani rédigea ce traité, traduit ici pour la premiÚre fois du latin, et qu'on peut lire comme un état des lieux de la mécanique des fluides au XVIIIe siÚcle. Malgré sa rigueur démonstrative, se dégage, de cet essai magistral, une légÚreté non dénuée de tendresse. C'est à sa cousine Laura Bassi, brillante physicienne et mathématicienne, premiÚre femme nommée professeur d'université, que Spallanzani dédia l'étude. Par cet indice, on se plaira à imaginer, à projeter... que les rebonds des pierres sur l'eau apparaissent alors comme la métaphore de cet amour pudique. La postface de Cyril Jarton, président de la Fédération mondiale de ricochets, conte de façon originale l'histoire de cette curiosité. Les pierres lancées de biais dans l'eau sont connues pour rebondir à sa surface c'est un divertissement traditionnel et non des moindres pour les enfants qui jouissent de leur temps libre au bord de la riviÚre.»
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