La chute successives de gouttes d’une suspension granulaire dense sur une surface absorbante peut conduire à la formation d’édifices élancés que nous appelons tours granulaires.
Ces tours résultent de la solidification rapide de la goutte lors de l’impact avec le substrat. En effet le drainage du liquide en excès dans la goutte à travers le substrat, permet aux forces de capillarité d’assurer la cohésion des grains (par des ponts capillaires) ce qui permet d’expliquer la stabilité d’une telle structure. Il existe plusieurs exemples naturels. Citons notamment les stalagmites de glace ou de calcaire, les coulées de laves solidifiées ou encore les tours que nous construisons l’été sur la plage lorsque nous faisons des châteaux de sable. Cette physique est également à la base des imprimantes 3D.
Le but de cette expérience est de reproduire ce phénomène. L’expérience en elle même est très simple. Nous disposons d’une seringue qui contient une solution eau-glycérol dans laquelle nous laissons sédimenter des billes de verre. Ceci nous permet alors de former un goutte à goutte d’une solution granulaire dense (Cf photo). Ces gouttes tombent alors sur un lit granulaire sec et c’est ainsi que nous formons des tours granulaires (Cf film).
Plusieurs paramètres sont à prendre en compte et à caractériser : la hauteur de chute des gouttes ainsi que leur vitesse d’impact, la taille et la polydispersité des billes de verre, la taille des gouttes, le débit du goutte à goutte, les proportions du mélange eau-glycérol. Tous ces paramètres jouent sur la hauteur maximale atteinte par la tour avant qu’elle ne s’écroule. A nous de trouver le bon compromis et d’expliquer ce qui se passe !
Il vous suffit de cliquer sur la miniature pour voir la vidéo.
Cette expérience a été inspirée des travaux de Julien Chopin de 2011. article en question
Gros plan sur la goutte juste avant la chute.
Gros plan sur la goutte juste avant la chute.
Cliquez sur l’image pour voir la tour grandir. Chaque photo a été prise après le dépôt d’une goutte.
Cliquez sur l’image pour voir la tour grandir. Chaque photo a été prise après le dépôt d’une goutte.
Cliquez sur le lien pour voir la vidéo. On voit l’évolution de la goutte avant sa chute.
