Questions to the experts
Matière et matériaux
Les éclaboussures de l'eau
Pourquoi l'eau éclabousse-t-elle quand on lance quelque chose dedans ? Et, question associée, quels phénomènes physiques ou biologiques sont induits par cette propriété ?
La classe participera à Nîmes-Exposciences 2001 et le travail de recherche présenté est prévu à partir d'expériences concernant les propriétés physiques de l'eau et l'adaptation des plantes et des animaux à ce milieu aquatique. Par exemple la première idée est que c'est la peau de l'eau qui permet à certains végétaux et les animaux de flotter sur l'eau.
A la suite de la réponse de Martin Shanahan, je propose une petite réflexion sur les éclaboussures... Quand un objet pénètre dans un fluide, le fluide (l'air ou l'eau) est perturbé de façon compliquée, comme le rappelle Martin, et le mouvement de l'objet est, lui aussi, perturbé. En général, celui-ci est freiné, comme une automobile qui roule dans une flaque d'eau ou comme quelqu'un cherchant à courir dans l'eau, en bord de mer. Le freinage dépend en partie de la forme de l'objet : il est plus faible si la forme est plus "aérodynamique". Dans le cas d'un plongeur, s'il pénètre dans l'eau avec une position correcte de son corps, il descend plus profondément que s'il fait un "plat", qui produit non seulement des éclaboussures mais aussi une douleur "cuisante"... Les animaux plongeurs savent probablement aussi que les éclaboussures "font perdre de la vitesse".
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L'eau éclabousse en lançant quelque chose dedans, à cause d'un bilan dynamique, très compliqué (c'est assez mal compris quantitativement, même s'il y a quelques références dans la littérature spécialisée) des forces, de l'inertie (tendance d'un objet de continuer dans sa direction de mouvement), de l'écoulement du liquide (hydrodynamique) et de la tension superficielle (un peu comme une membrane entourant le liquide). En termes très simples, l'objet déplace le liquide assez rapidement, en arrivant dans l'eau, et le seul endroit où l'eau peut aller, sur cette échelle de temps, est vers le haut, et de côté, en faisant une espèce de "couronne". Puis, lorsque les choses ont ralenti un peu (après quelques fractions de seconde), c'est la tension de surface qui "essaie" de "ramasser" l'eau en gouttelettes, justement à cause d'un effet membrane. Voila donc les éclaboussures!
Quant aux phénomènes biologiques, la seule implication que je vois immédiatement, est que la grande surface présentée par l'eau en forme de gouttelettes, favorise l'absorption de l'oxygène par l'eau, vital pour la vie marine.
L'idée de "peau" de l'eau est juste, comme évoquée dessus, mais attention : à toute fin utile, la tension de surface de l'eau est constante: une peau ou membrane devient plus résistante, plus l'on tire dessus (la force augmente avec déformation, ou étirement). Un bon exemple de ce phénomène de tension est donné par les araignées d'eau, qui "marchent" sur la surface.