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Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi votre vin pleure ? La faute aux ondes de choc.
Pendant des siècles, les scientifiques se sont penchés sur les larmes qui se forment dans les verres à vin. Maintenant, ils pensent qu'ils savent comment ça se passe. 18 octobre 2019
Main tenant un verre de vin rouge Bertrand Bouche | Unsplash
Les lecteurs qui contemplent occasionnellement le fond d'un verre à vin connaîtront sûrement l'un des plus grands mystères de l'univers. C'est l'observation séculaire selon laquelle le vin peut parfois remonter la surface d'un verre puis former des larmes en redescendant. Comment venir?
Aujourd'hui, la perplexité est résolue, du moins en partie, grâce au travail de Yonatan Dukler et de ses collègues de l'Université de Californie à Los Angeles. Ces gars-là ont consacré leurs recherches de manière désintéressée à ce phénomène et disent avoir trouvé une réponse.
Commençons par remplir nos verres - une petite quantité de vin très alcoolisé dans un verre à martini. Observez comment une fine couche est dressée sur la surface du verre au-dessus du corps principal du liquide.
Cet effet est bien compris, ayant naturellement attiré certains des plus grands esprits de la physique. Le scientifique américain Willard Gibbs a publié un traitement théorique complet en 1875.
Cela était basé, au moins en partie, sur les travaux 20 ans plus tôt de James Thomson, le frère de Lord Kelvin. Thomson a découvert que l'effet se produit parce que le vin est un mélange d'eau et d'éthanol, l'eau ayant la plus grande tension superficielle.
Le vin est d'abord aspiré à la surface du verre par capillarité. Cela se produit lorsque la tension superficielle force la surface d'un liquide sur les parois verticales d'un récipient en verre.
Dans un verre à vin, cette fine couche commence immédiatement à s'évaporer, l'alcool s'évaporant plus vite que l'eau. En conséquence, la couche devient moins alcoolisée et la plus grande concentration d'eau conduit à une tension superficielle plus élevée que celle du corps principal du vin dans le verre.
Cette différence de tension superficielle est importante. Il crée une force qui pousse plus de vin sur les parois du verre. Et cela conduit à un flux constant de liquide dans le verre, entraîné par l'évaporation de l'alcool.
Tout cela est bien compris, c'est ce qu'on appelle l'effet Marangoni, du nom du physicien italien qui l'a étudié dans les années 1860.
Cependant, une autre force est impliquée : la gravité, qui ramène le liquide vers le bas. Lorsque cela se produit, le vin forme les fameuses larmes qui roulent à l'intérieur du verre.
Le casse-tête exceptionnel est de savoir pourquoi le vin forme des larmes qui coulent vers le bas et non un autre type de flux. C'est ce problème que Dukler et co ont abordé, en utilisant un modèle théorique complet et de nombreux travaux expérimentaux. Ils ont observé les larmes se former d'une manière qui n'a jamais été décrite auparavant.
Le nouveau travail est basé sur la théorie des ondes de choc. Une onde de choc est une perturbation qui forme une limite nette dans les propriétés du liquide. Les ondes de choc sont généralement provoquées par des perturbations qui se propagent plus rapidement que le son dans le fluide, comme un jet supersonique. L'onde continue tant que la perturbation reste supersonique.
Mais des ondes de choc peuvent se former lorsque les perturbations ne sont pas supersoniques, par exemple lorsque l'évaporation provoque un écoulement de fluide. Ces ondes sont appelées chocs sous-compressifs. C'est sur ceux-ci que Dukler et co se concentrent.
Ils soulignent que les théories basées sur les travaux de Gibbs suggèrent que le vin devrait former des formes en forme de doigts lorsqu'il voyage dans le verre. Nous soutenons que les larmes de vin réelles, qui s'écoulent dans le verre, contrairement à l'instabilité de doigté bien connue des fronts entraînés, qui se déplacent dans la même direction que le front, résultent d'une instabilité d'un choc sous-compressif inverse, disent-ils.
Et leurs expériences semblent le confirmer. Ils placent une gorgée de porto à 18% d'alcool dans un verre à martini aux parois inclinées à 65%. Pour faciliter les observations, ils font tourbillonner le port pour pré-enduire le verre de liquide. Les larmes se forment alors facilement.
Ces déchirures démontrent clairement les propriétés des vagues que prédit le modèle de l'équipe. Nous illustrons l'existence de chocs sous-compressifs non classiques pour la première fois dans le contexte des larmes de vin, disent Dukler et co. Nous soutenons que, dans le cas d'un verre pré-revêtu, les fameuses 'larmes de vin' émergent d'un choc sous-compressif inverse prenant naissance au niveau du ménisque.
C'est un travail intéressant que de nombreux lecteurs voudront célébrer avec leurs propres recherches.
Cependant, il laisse plusieurs questions sans réponse. La façon dont Dukler and co pré-enduit le verre est importante, car elle crée une couche sur laquelle une autre couche de fluide peut s'écouler. L'effet Marangoni est facile à créer dans ces circonstances.
Mais cela laisse ouverte la question de savoir comment les déchirures apparaissent sur un verre non revêtu.
Ce qui signifie qu'il y a encore beaucoup de travail à faire. Mettons-nous au travail !
Réf : arxiv.org/abs/1909.09898 : Une théorie des chocs sous-compressifs dans Tears of Wine