Soirée mousse et show laser à bord de l’ISS

article original publié par Science @ Nasa
auteur : Patrick L. Barry
traduction de Didier Jamet
12 JUIN 2003

Sous l’influence de la gravité, le liquide composant la mousse s’accumule dans le bas du récipient, rendant impossible l’étude au sol du « point critique » de la mousse. Notez la forme des bulles au bas de l’image, là où il y a le plus de liquide, beaucoup plus rondes que celles du-dessus.
Sous l’influence de la gravité, le liquide composant la mousse s’accumule dans le bas du récipient, rendant impossible l’étude au sol du « point critique » de la mousse. Notez la forme des bulles au bas de l’image, là où il y a le plus de liquide, beaucoup plus rondes que celles du-dessus.

NASA

"Sur Terre, il est impossible d'étudier ce point critique de la mousse. en revanche dans l'espace tout s'arrange."

Pourquoi ? Sur Terre, la gravité attire le liquide interstitiel vers le bas, et c'est particulièrement sensible avec les mousses relativement humides, telles que celles qui s'approchent du point critique. Sur Terre, on se retrouve avec une flaque dans la partie basse du container bien avant d'avoir atteint le point critique, et la mousse qui surnage ne contient plus que 5% de liquide et présente d'étranges bulles à facettes anguleuses.

"En orbite, ce phénomène de drainage est pratiquement inexistant, aussi nous pouvons porter la mousse à son point critique et l'étudier tout à notre aise" confirme Durian.

Mais là encore, comment étudier la mousse ? vous ne pouvez pas y toucher, sans quoi vous faites éclater ses bulles. D'une manière ou d'une autre, les chercheurs ont besoin de mesurer les caractéristiques de la mousse en interférant le moins possible avec elle.

La réponse, c'est la lumière

Mesurer avec la lumière

Depuis en gros une dizaine d’année, plusieurs groupes de recherche dont celui de Durian à l’université de Californie UCLA ont développé différentes approches où un rayon de lumière est utilisé pour mesurer la taille, le taux d’humidité et les mouvements des bulles incluses dans la mousse. Ces techniques sont au cœur de l’expérience FOAM.

Dans une de ces méthodes, appelée « spectroscopie de transmission diffuse », les chercheurs braquent leur rayon lumineux à travers la mousse et mesurent la quantité de lumière reçue de l’autre côté. Dans une mousse qui ne contient que quelques grosses bulles, l’essentiel de la lumière est transmis avec très peu d’interférences. En revanche dans une mousse qui contient beaucoup de petites bulles, la lumière sera beaucoup plus diffusée par les membranes qui forment les parois des bulles. En mesurant la quantité de lumière qui parvient au bout du chemin, les scientifiques parviennent à quantifier la taille moyenne des bulles.

Le mouvement des bulles peut aussi être détecté en utilisant une lumière monochromatique (d’une seule couleur, comme un laser). Quand un faisceau laser traverse une mousse, le mouvement des membranes des bulles provoque un très léger décalage Doppler qui modifie la fréquence, et donc la couleur, de la lumière. En observant ces minuscules décalages dans la fréquence de la lumière, les chercheurs savent dans quelle direction et à quelle vitesse les bulles se déplacent. Cette méthode s’appelle « spectroscopie par diffusion d’onde ».

À bord de l’ISS, c’est une simple mousse à base d’eau qui sera constituée dans le dispositif FOAM. Durian et ses collègues, qui auront la possibilité de contrôler l’expérience à distance depuis le sol, feront varier la proportion liquide/gaz afin d’atteindre le point critique. Puis ils braqueront un faisceau laser qui se fraiera un chemin à travers la mousse tandis que celle-ci sera tordue et déformée à l’aide de plateaux mécaniques.

« Le but », rappelle Durian, est de découvrir comment la structure interne de la mousse se modifie à mesure que ses propriétés élastiques disparaissent. Les données seront cruciales et sont susceptibles d’intéresser quiconque cherche à vaporiser de la mousse dans les coins ou sur un feu… ou veut s’essayer à une théorie physique complète de la mousse.

Et le plus fort, c’est que vous pourrez vous-même y réfléchir la prochaine fois que vous ferez la vaisselle…

Quelques liens pour approfondir le sujet

Le service de recherche biologique et physique de la NASA

L’expérience FOAM

Douglas Durian

Diffusion de la lumière dans la mousse.

Bulles et films

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La mousse ? Des bulles et encore des bulles…

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