09/2014

Ce petit projet a pour but d’explorer le phénomène de lévitation acoustique au travers d'une expérience réalisable dans ça cuisine. Ceci n'est que le début d'une série de mini projet dont le but final est de monter une expérience de sono-luminescence. Je commencerais donc par des expériences de lévitation acoustique dans l'eau, puis dans l'air. Ces différentes expériences devraient pouvoir nous permettre de mieux aborder la sono-luminescence où l’essence du problème réside dans la difficulté qu'il peut y avoir a bloquer une unique bulle dans une onde stationnaire.

Le son est une onde mécanique qui nécessite un milieu pour se propager,en se déplaçant ,ce dernier transporte une certaine quantité d’énergie en réalisant des compressions/dilatations. On peut facilement ressentir cette énergie si l'on place une feuille de papier devant un caisson de basse. Supposons maintenant que l'on réfléchisse cette onde sur elle même, on peut alors obtenir une onde stationnaire, il n'y a donc plus de propagation, l'onde pulse sur place. Une onde stationnaire se caractérise par des points fixes (les nœuds) et des zones de battements (les ventres).

Il y a ce que l'on appel des points d’équilibres stables qui se forment entre les nœuds, ce sont des points qui nous intéressent car on vas pouvoir y “bloquer” de petits objets.

Le but de tout ceci est de parvenir à mettre en place une expérience de sono-luminescence. Le principe est de parvenir à “coincer” un bulle dans l'eau en utilisant une ou plusieurs ondes stationnaires ultrasonore. Dans des conditions expérimentales adéquate il est possible de faire entrer cette bulle en résonance, la bulle fais des cycles de compression/dillatation extrêmement rapide.Cette modification rapide du rayon de la bulle implique des pressions et des temperatures particulierments élevées qui peuvent aboutir à une émission de photons. Nous n'irons pas plus loin dans les explications pour le moment, les expériences suivantes constitueront une entrée en matière qui permettra de mieux introduire la sono-luminescence.

Cette expérience débuta lorsque je suis tombé sur un brumisateur à ultrasons de décoration, je m’intéressais depuis un moment aux ondes stationnaires ultrasoniques mais j'avais du mal à savoir par où commencer. J'ai donc simplement plonger l’appareil sous l'eau et j'ai placé une plaque en cuivre devant, j'ai tout de suite vu que je pourrais en faire quelque chose car je pouvais déjà voir des micro particules se figer dans l'espace entre ma source et mon réflecteur. J'ai donc bricoler le montage suivant:

Il a fallu un peu jouer avec la distance entre la source et le reflecteur pour observer des choses interessantes, notament car je n'avais aucun parametres de fonctionnement de l'appareil (notament ça fréquence). On peut voir qu'il se forme une colonne de curry! Et si l'on regarde de plus prêt on voit que cette collonne n'est pas continues elles est formée par plein de petits traits régulièrement espacées. C'est grace à cett espacemnt entre les amas de grains que j'ai mesuré la longueur d'onde de l'onde stationnaire et j'ai donc pu remonter à la fréqunce : 1.5MHz +- 0.1MHz Ce qui fut confirmer lorsuqe j'ai obtenu la datasheet donnant une fréquence de 1.6MHz. Pour améliorer la visibilité du phénomène j'ai ajoute des petits grains dans l'eau (du curry pour être précis!)et j'ai laissé tourner l'appareil durant une cinquantaine de minutes.

Dans un second temps, jai voulu tester la stabilité de ces points d'equilibres en placant l'onde de facon horizontale, ajoutant une force perpendiculaire aux systemes (gravité). J'ai donc réaliser un nouveau montage avec une cuve en plexliglas. Dans une phase de test j'ai reflechi l'onde contre une paroi de la cuve, et je fus surpris en entendant un bruit de craquement provenant de mon montage. Apres avoir coupé la source j'ai remarquer qu'il y avait une defromation locale sur le plexiglas. Dans un premier temps j'ai cru que l'onde stationnaire avait provoquer une dillation rapide de l'air contenu dans le plexiglas, mais en refaisant un test et en m'interessant aux propriété du plexiglass (notament son coefficient de dilation thermique) j'ai compris que l'onde ultrasonre echauffait localement le plastique provoquant aisni une dillatiotn rapide rappelant la forme d'une bulle. J'ai donc utliser une plaque d'aluminium pour la suite des experiences. En plus de tester la stabilite de l'onde stationnaire ,ce montage m'a permis d'augmenter la distance entre la source et le reflecteur.

Ceci fut une réussite car j'obtenais comme precedement des points stables ou veniat se bloquaient des grains en etant perpendiulaire a la force de gravite.

La prochaine étape que j'ai voulu franchir c'est de parvenir à bloquer des micros bulles dans ces points. Mais bloquer des bulles de quellques milimietre dans des points d'equilibres plus petits sembles difficlemnt réalisable. Malgré tout, en placant des sels dans l'eau et des impurté j'ai pu obtenir des bulles d'un diametre relativement petit. Apres quelques reglages sur la distance source/reflecteur j'ai finalement réussi a bloquer plusieurs bulles pendant plusieurs secondes.

Et même , avec beaucoup de patience, à bloquer une unique bulle pendant plus de 10 secondes. Ces succès minces, mais concluants permettent de nous diriger doucement vers notre but finale qu'est la sonoluminesnce.

Ceci n’était qu'un test que j'ai conduit après avoir trouvé ce petit brumisateur à ultrasons, il faut maintenant monter un véritable projet expérimentale permettant de contrôler la positon d'objets dans l'eau et dans l'air. Je ferais donc une nouvelle page de projet pour la partie lévitation acoustique dans l'air.

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