Cloches liquides


Lorsque le débit d'alimentation de la coupelle devient suffisament important, il se forme une nappe annulaire. Sous l'effet de la tension de surface, le rayon de la nappe diminue le long de l'axe vertical (Cf. photo), ce qui lui donne la forme d'une cloche.

En raison de l'importante viscosité des liquides utilisés, la cloche reste stable à des débits très inférieurs au débit nécessaire pour sa formation.

Nous avons étudié systématiquement la forme de ces cloches en variant divers paramètres tels que le rayon de la coupelle, le débit d'alimentation, la viscosité du liquide et la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de la cloche (il est en effet possible de gonfler celle-ci sans la casser).

Cette étude a été menée en collaboration avec C. Clanet de l'IRPHE (Marseille), qui avait par ailleurs déjà étudié des nappes annulaires obtenues en faisant impacter un jet d'eau sur un disque perpendiculaire. La géometrie de la coupelle ciculaire (écoulement à partir d'un surplomb) entraine un champ de vitesse essentiellement gravitaire, avec une vitesse très faible sous la coupelle. Ceci a pour conséquence l'apparition d'un point de transition, où l'écoulement passe d'un état 'subsonique' à un état 'supersonique' (par analogie avec l'apparition d'un cône de Mach). En d'autres termes, il existe un point où la vitesse de l'écoulement (ne dépendant que de la hauteur de chûte) devient égale à la vitesse des ondes de surface : en témoigne la présence d'un sillage derrière une aiguille plantée dans la zone située au delà de ce point.


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