Madeline Federle et Colin Sullivan
Le physicien de l’Université Brown, Roberto Zenit, a le don de lier sa recherche fondamentale sur la dynamique des fluides à des phénomènes quotidiens, comme déguster une coupe de champagne avec des amis. Il a remarqué un jour que les bulles remontant à la surface forment des colonnes verticales stables, contrairement à d’autres boissons gazeuses, où le sillage des bulles montantes fait tomber d’autres bulles latéralement de sorte que plusieurs bulles montent simultanément. Selon un nouvel article publié dans la revue Physical Review Fluids, Zenit a découvert que c’était parce que les molécules de surfactant recouvraient les bulles de champagne et encourageaient davantage de tourbillons, perturbant ainsi le sillage.
« Le simple fait d’observer un verre d’un liquide sursaturé en dioxyde de carbone, c’est comme avoir un laboratoire devant soi », a déclaré Zenit à Ars. « C’est un très bon exemple pour essayer de comprendre les interactions hydrodynamiques. Lorsque deux bulles se déplacent l’une derrière l’autre, elles se désalignent généralement car elles créent une perturbation dans le liquide qui les entoure. Nous avons réalisé que c’était très différent pour le champagne. Si vous savez tout ce qui concerne la dynamique des bulles, ce n’est pas naturel, alors bien sûr, nous avons été immédiatement intrigués. »
Zenit a précédemment analysé la dynamique des fluides des techniques et des matériaux de peinture modernes mis au point par des sommités telles que le muraliste David Siqueiros et Jackson Pollock, que Zenit considère tous deux comme des « physiciens intuitifs ». La célèbre technique de « peinture accidentelle » de Siqueiros consistait à verser des couches de peinture sur une surface horizontale et à laisser des verticilles, des gouttes et d’autres formes se former au fil du temps. L’astuce consiste à placer un fluide dense au-dessus d’un plus léger pour créer une instabilité classique car le liquide le plus lourd traversera le plus léger. Selon Zenit, la technique de goutte à goutte de Pollock reposait sur la même instabilité pour produire des lignes bouclées et des taches sur ses toiles.
La carbonatation est un autre sujet fascinant dans la dynamique des fluides. Comme nous l’avons signalé précédemment, l’effervescence du champagne provient de la nucléation de bulles sur les parois de verre. Une fois qu’elles se détachent de leurs sites de nucléation, les bulles grossissent en remontant à la surface du liquide, où elles éclatent. Cela se produit généralement en quelques millisecondes et le son de crépitement distinctif est émis lorsque les bulles se rompent. Les bulles « sonnent » à des fréquences de résonance spécifiques, en fonction de leur taille, il est donc possible « d’entendre » la distribution de taille des bulles lorsqu’elles remontent à la surface dans une coupe de champagne.
En 2021, des physiciens de l’Université de la Sorbonne à Paris ont étudié le lien entre la dynamique des fluides des bulles qui éclatent et les sons pétillants et crépitants dans l’espoir d’identifier le mécanisme physique exact. Le son a coïncidé avec la rupture de la bulle à l’approche de la surface, mais une partie de la bulle est restée submergée et a généré des vibrations acoustiques à l’interface liquide-gaz, dont la fréquence dépend du diamètre du trou dans la bulle et du volume de gaz à l’intérieur. Ainsi, à mesure que la rupture se développe, la fréquence augmente en hauteur jusqu’à ce que la bulle « meurt ».
D’autres études ont montré que lorsque les bulles du champagne éclatent, elles produisent des gouttelettes qui libèrent des composés aromatiques censés rehausser la saveur. Des bulles plus grosses améliorent la libération d’aérosols dans l’air au-dessus du verre – des bulles de l’ordre de 1,7 mm de diamètre à la surface. Le physicien français Gérard Liger-Belair de l’Université de Reims Champagne-Ardenne a utilisé l’imagerie à grande vitesse pour démontrer que des ondes de choc se formaient lorsqu’un bouchon de champagne sautait. Il a poursuivi en 2022 avec des simulations informatiques révélant que dans la première milliseconde après que le bouchon saute, le gaz éjecté forme différents types d’ondes de choc – atteignant même des vitesses supersoniques et formant des motifs d’anneaux connus sous le nom de diamants de choc – avant que le pétillant ne se stabilise et soit prêt. être imbibé.