Des bulles à couper le son !

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juin 2014
La structure très spécifique des bulles qui composent les mousses liquides leur confère des propriétés étonnantes
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Grâce à ses bulles, la mousse liquide peut stopper la propagation du son. C’est ce qu’ont découvert des physiciens de Rennes et de Paris.

Plonger sa radio dans la mousse... L’idée est saugrenue, et surtout, elle risque d’être décevante pour les mélomanes. Car les mousses liquides (celles des shampoings, liquide vaisselle...) ont le pouvoir surprenant d’atténuer les ondes acoustiques. Le phénomène, déjà connu, est d’ailleurs utilisé par des industriels ou les militaires, pour étouffer les bruits d’explosion lors des opérations de déminage par exemple. À Rennes et à Paris, des physiciens se sont penchés sur le sujet pour comprendre plus finement ce phénomène. Et ils ont montré, dans une publication parue en avril dernier(1), que la vitesse du son avait un comportement très complexe en fonction de la taille des bulles !

Un effet de seuil

« Nous avons travaillé sur les ultrasons, au-delà de 60 kHz, explique Benjamin Dollet, physicien à l’Université de Rennes 1 et coauteur de l’étude, et nous avons utilisé une mousse simple, contenant un seul tensioactif, afin de mieux la contrôler. » Coincée entre deux films plastique les plus minces possible, une fine couche de mousse est placée entre un émetteur et un récepteur d’ondes acoustiques.

« Pour nos plus basses fréquences, nous avons obtenu les résultats attendus, à savoir une vitesse de propagation du son faible : 30 m/s, alors qu’elle est de 340 m/s dans l’air et qu’elle atteint 1500 m/s dans l’eau, les deux principaux composants de la mousse. Ce phénomène est dû au fait que la mousse est à la fois dense, à cause de l’eau, et compressible. » La surprise est venue lorsque les fréquences et la taille des bulles ont augmenté. « Au-delà d’un certain seuil, lorsque le produit de la fréquence et du diamètre moyen des bulles dépasse 5 kHz.mm, le comportement des ondes acoustiques bascule, et la vitesse et l’amplitude sont beaucoup moins perturbées par la mousse ! »

L’eau ne bouge plus

Intrigués, les chercheurs ont plongé dans la structure fine de la mousse pour comprendre. « Dans une mousse liquide, chaque bulle est composée de gaz et d’un film de savon très fin, environ 50 nanomètres, tendu sur une structure de canaux liquides beaucoup plus gros à cette échelle : quelques micromètres. » Comme les arceaux d’une tente et sa toile en quelque sorte. Lorsque la fréquence des ondes acoustiques augmente, celles-ci exercent une force plus importante sur la bulle. Et si le film de savon réagit encore, les “gros” canaux d’eau ne peuvent plus suivre le mouvement, et sont quasi inertes ! « Finalement, l’eau n’entre plus en jeu, tout se passe comme si le son se propageait dans l’air, avec juste l’effet du film de savon. La vitesse est de 250 m/s. »

Ils font rêver les physiciens !

Avec ces éléments, les physiciens ont pu comprendre ce qui se passait exactement au seuil. « C’est un pic d’atténuation du son, explique Benjamin Dollet, c’est un régime où la fréquence est déjà suffisamment élevée pour que les canaux liquides ne participent plus. Mais les films fins réagissent différemment : en opposition de phase. Si l’onde les pousse, ils poussent dans le sens opposé : la mousse résiste au forçage exercé par le son ! Tout se passe comme si la mousse avait une masse et une densité négative. » Les matériaux capables de présenter une telle caractéristique sont appelés métamatériaux. « Ils font rêver les physiciens depuis vingt ans. Ils existent dans plusieurs domaines et sont complètement contre-intuitifs. » Grâce à ces propriétés, des échantillons plus gros pourraient stopper net la propagation des ondes acoustiques. Et le bain moussant pourrait devenir le nouveau monde du silence...

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Céline Duguey

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