43 commentaires

On trouve dans le commerce des chaufferettes de poche qu’on place dans la poche ou dans un gant pour nous réchauffer quand il fait froid.

L’utilisation est assez simple : on place la chaufferette dans l’eau bouillante pour faire disparaître les cristaux puis on laisse refroidir le liquide.
Quand on a froid, on utilise une petite pièce métallique à l’intérieur de la bouillotte que l’on « clic » : le liquide se cristallise alors à vue d’œil et la bouillotte se met à chauffer pour environ une demi-heure. Une fois refroidie, il suffit de la replacer quelques minutes dans l’eau bouillante pour recommencer le cycle. Ils sont utilisables plusieurs centaines de fois, voire à l’infini.

une bouillotte magiqueune bouillotte magique avec un thermomètre qui chauffe
↑ la bouillotte avec le contenu liquide (1) et avec le contenu cristallisé (2)

Comment ça marche ?


Bien que l’on les présente comme « bouillotte chimique », le principe est entièrement physique : il n’y a pas de transformation chimique, ni de changement de phase (fonte et solidification). La réalité est un peu différente.

Le produit qui se trouve dans les chaufferettes est une solution sursaturée d’acétate de sodium. La concentration est telle que son point de saturation est situé à +54°C.
Quand on place la bouillotte dans l’eau chaude, l’acétate de sodium se dissout totalement.

En refroidissant en dessous de 54°C, on s’attend à ce que l’acétate de sodium précipite et cristallise. Mais ce n’est pas le cas et il reste totalement dissout : la solution est alors sursaturée.

La raison à cela, est que l’acétate de sodium ne peut pas cristalliser tout seul : il lui faut — comme l’eau pour geler — un point de départ, un élément déclencheur, une sorte de « coup de pousse » pour commencer à cristalliser. Tant qu’il n’y a pas ce phénomène déclencheur, le produit restera totalement dissout.
L’élément déclencheur, c’est le rôle de la pièce métallique : en la claquant, on crée une petite onde de choc qui va produire quelques cristaux d’acétate de sodium solide.
Ces cristaux de départ vont alors permettre à toutes les autres molécules de se cristalliser tout autour jusqu’à ce que l’ensemble de la chaufferette soit durcie.

Là où ça devient très intéressant pour nous, c’est que la cristallisation de l’acétate de sodium dégage de la chaleur : sa forme dissoute est plus énergétique que sa forme cristalline. Lors de la cristallisation, la différence d’énergie est libérée sous forme de chaleur et c’est cette chaleur qui est utilisée pour vous chauffer. La chaufferette agit alors un peu comme une « pile à chaleur » que l’on peut utiliser au moment voulu.

Ce procédé est un moyen comme un autre de stocker de l’énergie : le simple fait que l’acétate de sodium reste dissoute en dessous de son point de précipitation constitue une source d’énergie : la seule façon de récupérer l’énergie est de provoquer une solidification du produit, grâce à la pièce métallique.

Pour les amateurs de chimie, sachez qu’il est possible de faire de l’acétate de sodium chez vous avec du bicarbonate de soude, du vinaigre et de l’eau. Ces produits ne sont absolument pas dangereux et trouvables très facilement. La recette est là.

Lire la suite…

18 commentaires

Le paradoxe de la dichotomie est un paradoxe qui existe depuis la Grèce antique sur les distances.

Pour le comprendre, imaginez que vous êtes à 8 mètres d’un arbre et que allez vers cet arbre à la vitesse d’un mètre chaque seconde. Fatalement, vous aurez d’abord parcouru la première moitié du parcourt, c’est à dire 4 mètres en 4 secondes. Puis vous parcourez la moitié du chemin restant, c’est à dire 2 mètres en 2 secondes. Puis vous parcourez encore la moitié de ce qu’il reste, donc 1 mètre en 1 seconde, et ainsi de suite : ensuite 1/2 mètre en 1/2 seconde, 1/4 m, 1/8 m, 1/16 m… des chemins de plus en plus petits, qui prendront tous une certaine durée, à chaque fois de plus en plus petites aussi.

Si on considère qu’à chaque fois la première moitié est parcourue avant la seconde moitié, et qu’il y a une infinité de trajets d’une durée non nulle, alors vous trouverez que vous n’atteindrez jamais l’arbre !

En quoi est-ce un paradoxe ?
Parce que si vous essayez par vous même dans le jardin, vous verrez que vous arriverez sans problèmes à atteindre votre arbre et en un temps tout à fait fini !

Mathématiquement, la mise bout à bout des durées de plus en plus petites se traduit par une série géométrique de raison 1/2. Le 8 est là car la distance entre vous et l’arbre est de 8 mètres, et que c’est cette distance que l’on divise :

$$S = 8 \times \sum_{k=0}^{n} \frac{1}{2^{k+1}} = 8 \times \left(\frac{1}{2} + \frac{1}{4} + \frac{1}{8} + \frac{1}{16} + \ldots + \frac{1}{2^{n+1}} \right)$$

Et en calculant la convergence de la suite associée (avec la règle de d’Alembert par exemple) on trouve que la suite converge ; et en étudiant la limite, on voit bien que la limite en l’infinie est égale à 8 :

$$\lim_{n \to \infty} S = \lim_{n \to \infty} 8 \times \sum_{k=0}^{n} \frac{1}{2^{k+1}} = 8$$

Cela signifie donc qu’un trajet fini peut être divisé en une infinité de morceaux, sans que ça ne nous prenne une infinité de temps pour le parcourir. En fait, il nous faudrait seulement 8 secondes pour aller jusqu’à l’arbre.

Néanmoins, ça répond pas au paradoxe : vous aurez toujours une infinité des morceaux de chemins à parcourir en un temps fini… Comment expliquer cela ?
Et bien… On ne peut pas l’expliquer. Le truc en fait, c’est que l’utilisation de la décomposition en une suite de termes n’est pas du tout appropriée pour décrire le problème.

Il faut bien voir une chose : les maths, les équations et la physique sont là pour modéliser les phénomènes que l’on rencontre dans la nature. Cela se passe dans ce sens et pas dans l’autre : si j’écrivais une équation, alors la nature ne changera pas pour autant pour suivre l’équation.
Lorsque l’on constate qu’une modélisation mathématique génère un paradoxe avec l’observation (ici, marcher jusqu’à un arbre ne prend pas un temps infini), alors ça ne sert à rien de contester les faits : il faut changer la modélisation mathématique employée.

Ici, on constate aisément que marcher jusqu’à un arbre ne prend pas un temps infini, comme le suggère la théorie employée (à première vue seulement : car on voir bien que la suitre converge). Il faut donc changer la théorie.
Au lieu d’utiliser une décomposition infinie du chemin pour calculer le temps que l’on met à aller jusqu’à l’arbre, on préférera par exemple utiliser la théorie de la vitesse :

$$ temps = \frac{distance}{vitesse}$$

Ici, le trajet est le même, mais le problème est pris autrement, d’une manière qui ne génère aucun effet secondaire paradoxal.

Lire la suite…

14 commentaires

a computer chip
On entend de plus en plus parler de l’informatique quantique sans toujours avoir des explications simples qui vont avec. J’espère que cet article saura répondre à vos questions.

Quelques limites des ordinateurs actuels

Les systèmes informatiques actuels utilisent tous le bit comme support de données. Un bit est soit un zéro $0$ soit un un $1$. Ces bits sont à la base de tout : fichiers, réseau, calculs… Ils se trouvent dans la mémoire, sur le disque dur et sont traités par le processeur.

Les bits $1$ et $0$ correspondent à des tensions électriques : respectivement une tension et une absence de tension. L’ordinateur utilise donc des tensions électriques appliquées à des puces électroniques pour fonctionner. Et il fait ça très vite : il peut réaliser plusieurs milliards d’opérations par seconde pour calculer, trier, ordonner de l’information, en faisant varier très rapidement la tension aux bornes de ses composants.

Malgré ça, pour certaines applications, plusieurs milliards d’opérations par seconde ne suffisent plus. Il faut donc un moyen de réaliser un grand nombre de calculs encore plus vite.

Comment ?

C’est pour ces calculs, trop compliquées à opérer pour l’ordinateur actuel que l’ordinateur quantique devient intéressant : pour certaines applications en effet il pourrait devenir bon. Vraiment très bon.

Mais qu’est-ce l’informatique quantique ? Comment ça marche ?

L’expérience des photons « coupés » en deux

Commençons par expliquer brièvement ce qui rend un ordinateur quantique si particulier : la physique quantique derrière.
La physique quantique est une branche de la physique née au début du XXe siècle et qui décrit le domaine du tout petit (comportement des particules, essentiellement). Elle a été mise au point car certains phénomènes n’étaient plus descriptibles par la physique normale (dite « physique classique »), mais on s’est vite rendu compte que le monde des particules est totalement différent du monde macroscopique : les particules obéissent à des lois pour le moins étranges : téléportation, indétermination, annihilation de deux particules… Néanmoins, cette physique quantique expliquait merveilleusement bien tout ce que l’on observait, à tel point qu’elle constitue aujourd‘hui un des bases les plus solides de la physique.

L’informatique quantique utilise certains de ces phénomènes propres à la physique quantique, comme par exemple l’intrication quantique : soit le fait qu’une particule puisse avoir deux états quantiques simultanément.

Voici un exemple. Prenez un faisceau laser que vous projetez sur un mur : vous voyez un point.
Maintenant, placez un cheveu ou un fil très fin sur la trajectoire du faisceau. Vous ne voyez alors plus un point, mais une bande centrale et plein de petites tâches autour. Ce sont des figures d’interférences :

diffraction
(image)

Ces figures d’interférences sont là parce que le faisceau est coupé en deux par le cheveu. C’est alors comme si on avait deux faisceaux distincts derrière le cheveu. De façon simpliste, ces deux ondes lumineuses vont agir l’une sur l’autre et former ces taches de lumière : là où il y a une tâche de lumière, c’est là où les ondes s’additionnent (interférence constructive) et là où il y a une bande sombre, c’est là où les ondes s’annulent (interférence destructive).

Ces figures sont la conséquence de la coupure de l’onde en deux par le cheveu. Si on retire le cheveu, les taches disparaissent et l’on voir à nouveau un point unique.

Maintenant, diminuons l’intensité de la lumière. Diminuons là au point où le pointeur laser envoie les photons un par un.

À priori, on imagine qu’un photon devra :

  • soit passer à gauche du cheveu
  • soit passer à droite du cheveu

En pratique, on observe plutôt quelque chose comme ceci :

photons
(source)

La première image est prise après l’envoi de quelques photons : on y voit quelques point d’impact. La dernière est prise après une longue durée d’exposition, avec beaucoup de point d’impacts.

On peut y voir les mêmes franges d’interférence qu’avec un faisceau continu. Ceci signifie qu’il y a des interférences même en envoyant les photons un par un. La conclusion à cela est donc que les photons sont passés des deux côtés du cheveu pour interférer avec lui-même.

Oui, le photon est passé des deux côtés du cheveu en même temps.

On dit que le photon est passé par un état superposé : le photon était à deux localisations à la fois.

Le principe de superposition quantiques

Ceci est un des principes de base de la physique quantique, et c’est elle qui est à la base de l’informatique quantique.

L’exemple le plus courant est celui du chat de Schrödinger.
Je vous laisse lire l’article du chat, voici plutôt quelque chose reprenant l’expérience des photons.

Le fait que les photons vus précédemment soient passés des deux côtés du cheveux à la fois s’explique par le fait que le photon n’a pas une position définie : tant qu’on ne l’a pas rigoureusement localisé il est étalé dans l’espace : on peut donc le trouver à plusieurs endroits à la fois.
Ce n’est qu’à partir du moment où on mesure la position de notre particule qu’elle est ici et pas ailleurs.

Du coup, si on mettait un détecteur de chaque côté de notre cheveu, cette superposition serait levée : un photon serait soit détecté à droite soit à gauche, mais pas aux deux endroits à la fois. Le simple fait de mesurer la présence du photon suffit donc à déterminer l’état réel du photon.

C’est comme si vous êtes perdu sur une route entre Paris et Berlin : vous savez que vous êtes entre les deux villes, mais pas où. Vous pouvez donc aussi bien être près de Berlin que près de Paris. Ce n’est que quand vous aurez allumé votre GPS que vous saurez exactement où vous êtes.

Voyons maintenant comment utiliser le principe de superposition pour faire tourner un ordinateur et faire des calculs !

Un exemple avec une pièce de monnaie

Une pièce posée sur la table est soit côté pile soit côté face. Pile et face sont donc les deux états de la pièce. Il n’y a aucune indétermination : la pièce est sur l’une ou l’autre des deux faces, sans état possible entre les deux.

Ce que l’on peut alors imaginer, c’est « une pièce quantique » se trouvant dans une superposition de ces deux états :

pile face et état superposé

Ce n’est qu’après avoir fait la mesure, que la superposition sera supprimée et qu’il sera alors possible de déterminer si vous êtes effectivement tombés sur pile ou sur face.

Revenons à la pièce : vous voulez tirer quelque chose au sort et vous décidez de tirer cela à pile ou face.
Le problème est de savoir si votre pièce est réelle, c’est à dire qu’elle n’est pas truquée.

Avec une combinaison de piles et de faces, vous pouvez avoir quatre possibilités de pièces :

  • Pile - Face
  • Pile - Pile
  • Face - Face
  • Face - Pile

Et pour savoir si votre pièce est truquée, vous devez faire deux mesures :

  1. regarder le premier côté de la pièce
  2. regarder le second côté de la pièce

Si les deux côtés sont identiques, alors la pièce est truquée et si les deux côtés sont différents, alors la pièce n’est pas truquée et vous pouvez l’utiliser pour votre tirage au sort.

Maintenant, prenez votre pièce « quantique » et placez-la dans un état superposé. Comme vous le voyez, il est alors simple de savoir si votre pièce est truquée avec seulement une mesure. C’est comme si les deux faces étaient identifiables en même temps :

pièce truquée ou pas
Avec une pièce quantique, il a suffit d’une seule mesure pour savoir si la pièce est truquée ou pas, alors qu’il nous en fallait deux avec une pièce normale.

On voit donc qu’une opération sur un élément disposant d’un comportement quantique demande moitié moins de mesures. L’opération est deux fois plus rapide !

Bien-sûr, avec cette seule mesure, on ne sait toujours pas quelle côté est pile et quelle côté est face, et il nous faudrait une mesure supplémentaire pour cela, mais si l’on veut juste savoir si la pièce est truquée ou non, alors l’emploi d’une pièce quantique est bien plus rapide.

Les QuBit

On vient de voir qu’appliquer certaines opérations sur un objet disposant un comportement quantique avec deux états superposés est deux fois plus rapide.

C’est ici que l’informatique quantique devient intéressante : plutôt que de traiter des bits ayant deux états (soit $1$, soit $0$), on peut traiter par exemple deux bits à la fois avec un « bit quantique ».

Ce bit quantique, on lui donne le nom de QuBit (par contraction de quantum bit).

Imaginez alors que vous devez traiter une opération avec deux bits. Vous aurez alors quatre états possibles : $00$, $01$, $11$ ou $10$. Ces quatre états pourront alors être traités en même temps si on travaille avec des qubits, alors qu’il faudrait quatre opérations avec un ordinateur normal.

Si vous aviez 10 bits (comme par exemple : $1010111001$) vous avez $2^{10}$, soit 1024 possibilités différentes et un ordinateur quantique pourrait toutes les traiter en même temps. Un ordinateur quantique serait donc 1000 fois plus rapide pour traiter l’information associée à ces 10 qubits.

Or, il pourrait bien être possible d’avoir des ordinateurs avec une architecture de 50, 100, 300 qubits, et donc d’avoir un ordinateur quantique $2^{50}$, $2^{100}$ et donc $2^{300}$ fois plus rapide qu’un ordinateur normal !

Le facteur de rapidité correspondant à $2^{300}$, est plus grand que le nombre d’atomes dans l’univers. C’est un nombre immense et un ordinateur quantique de ce calibre serait donc immensément plus rapide qu’un ordinateur normal.

Vous comprendrez donc que l’utilisation de qubits avec beaucoup d’états superposés dans un ordinateur quantique devient alors très intéressante. Ce qui aurait prit plusieurs fois l’âge de l’univers à tous les systèmes informatiques actuels réunis prendrait au plus quelques minutes pour un ordinateur quantique.

Où en sommes nous technologiquement ?

Les ordinateurs quantiques existent à très petites échelle depuis quelques années : IBM en a présenté un en 1998, travaillant sur deux qubits.
En 2011, l’université d'Innsbruck (en Autriche) avait mis au point un calculateur quantique de 14 qubits qui avait réussit à factoriser le nombre 21 comme étant le produit de 3 par 7.

Il ne faut pas encore voir les ordinateurs quantiques comme un ordinateur comme celui que vous avez, avec une tour, un écran et des puces électroniques dedans. Actuellement, un ordinateur quantique peut être une simple molécule refroidie à l’hélium, où chaque qubit correspondrait à un atomes de la molécule, ou un électron de l’atome.

De plus, l’information est transmise non pas avec un fil, mais peut-être transmise avec un photon, par exemple en provenance d’un faisceau laser. Donc effectivement, si vous vous demandiez s’il était possible de faire des opérations avec un molécule et un laser, la réponse est oui.

Mais la construction de calculateurs plus gros qu’une molécule et plus puissants que factoriser 21 est vraiment difficile. En effet, les qubits sont des systèmes très fragiles : il est très délicat de maintenir un qubit avec plusieurs états superposés dans le temps : ils sont rapidement détruits par une interaction avec un autre atome.

De plus, parfois les systèmes quantiques à la base de ces ordinateurs quantiques ont besoins d’être refroidis à des températures proches du zéro absolu, situé à –273,15°C. Trouver un ordinateur quantique dans le commerce ce n’est donc pas encore pour aujourd’hui.

Et de toute façon, pour une bonne partie des applications des ordinateurs actuels (traitement de texte par exemple), un ordinateur quantique ne présenterait que peu voire pas du tout d’intérêt : la physique quantique interdit par exemple la duplications de qubits, la simple lecture de l’état d’un qubit va lever tous les états de superposition. Si ceci est très pratique pour vérifier qu’une communication n’est pas sur écoute (attaque MITM par un espion, par exemple) c’est bien plus embêtant pour dupliquer des fichiers…

Les applications seraient avant tout le traitement d’un grand nombre de bits à la fois, comme le font les gros calculateurs dans les centres de recherche ou la génération de grands nombres pour la cryptographie.

Ressources :

image d’ilustration de Fatllama

Lire la suite…

8 commentaires

Comme suggéré dans les commentaires du dernier article, voici un petit cours sur l’isomérie en chimie.

L’isomérie est un terme générique qui désigne le fait pour deux molécules d’avoir les même atomes mais agencées différemment. Les formules chimiques compactes de deux isomères sont identiques (mêmes atomes) mais les formules développés sont différentes.

Isomérie de constitution

La plus simple forme d’isomérie est l’isomérie de constitution.
Prenons par exemple la formule compact C2H6O. Elle peut référer au diméthyléther (CH3–O–CH3) ou à l’éthanol (CH3–CH2–OH).

L’exemple du diméthyléther et de l’éthanol la constitution des molécules est totalement différentes (et les fonctions chimiques associées également).

En dehors des isomères de constitution, il y a les stéréo-isomères, elles-mêmes regroupant plusieurs formes différentes d’isoméries. Par exemple les énantiomères.

Stéréo-isomères : énantiomères

Deux molécules énantiomères sont isomères, ont les mêmes groupes fonctionnels mais ceux-ci sont disposés de façon symétrique. Les molécules sont opposables mais pas superposables, comme les deux mains d’une personne.



On différencie deux énatiomères par les nomenclatures R et S, référent à une méthode de représentation des molécules dans l’espace : en fonction de l’importance des groupes fonctionnels (définies avec les règles C-I-P).

Sur l’exemple ici, pour l’atome de carbone central que l’on considère, on regarde les atomes qui lui sont liés. L’atome de poids le plus haut est l’oxygène du groupement -OH, puis le carbone du groupe -COOH, et enfin le carbone du groupe -CH3 (l’hydrogène est toujours en dernier).
En regardant le chemin qu’il faut suivre pour aller du groupe le plus important au groupe le moins important, on définit si la molécule est R ou S (R : rectus, droite ; S : sinister, gauche).

Notez que la nomenclature R/S avec les règles CIP est très puissante : il est possible de nommer tous les atomes d’une molécule comme ça, et ainsi différentier tous les isomères. Si deux carbones ont les mêmes atomes liés, on regarde les liaisons d’ordre 2, et ainsi de suite.

Stéréo-isomères : diastéréoisomères


Stéréo-isomères : diastéréoisomères : Cis/Trans (E/Z)

Pour celles là, il faut considérer la molécule dans un plan. Une molécule avec deux groupes fonctionnels peut être telle que les deux groupes sont ensemble du même côté, ou bien chacun de côtés opposés :



La nomenclature ici est la nomenclature E/Z (équivalents de Cis/Trans). La première molécules sur l’image ci-dessous est Z (ou cis). Z vient de l’allemand « zusammen » qui veut dire « ensemble », dans le sens « ensemble du même côté ». La seconde molécule est E (ou trans), également de l’allemand « entgegen » qui veut dire « opposés », dans le sens « de côté opposés ».

Stéréo-isomères : diastéréoisomères, conformères gauche/anti/éclipsée


Ici, il s’agit de prendre une molécule longue et de regarder selon un axe carbone-carbone : selon la superposition ou non des atomes des deux carbones de l’axe, on dit que la liaison C-C est gauche (les groupes sont décalés), anti (les groupes sont opposés) ou éclipsés (les atomes sont sur le même côté).

Voir sur cet exemple : conformérie.
Notez que les formes de liaisons gauche- anti- et éclipsée- sont obtenues par une rotation d’un des atomes de carbone autour de l’axe. Une solution chimique contient donc une proportion de molécules gauche/anti/éclipsée différente selon la molécule, la température, ou d’autres paramètres.


Enfin, on trouve aussi d’autres formes d’isoméries, comme la configuration « chaise » ou « bateau » du cyclohéxane ou les molécules cycliques avec des groupes fonctionnels accrochés dessus (mais ça c’est d’avantage de l’isomérie de constitution) : comme le 1,1-cyclohéxanediol (les deux groupes OH sont sur le même carbone), le 1,2-cyclohéxandiol (les deux groupes OH sont sur deux carbones consécutifs), le 1,3-cyclohéxandiol (les deux groupes OH sont sur deux carbones impaires) ou le 1,4-cyclohéxandiol (les deux groupes OH sont sur les carbones opposés), qui peuvent eux-mêmes être chacun cis ou trans et chaise ou bateau… Vous suivez ?

Pour résumer, je crois que ce schéma résume très bien l’ensemble :

Lire la suite…

6 commentaires

Voilà trois termes utilisés en physique et qu’il ne faut pas confondre : tous ont des significations semblables car tous on un rapport avec le nombre de neutrons et de protons dans le noyau des atomes.

L’isotope

C’est sûrement le plus connu des trois : plusieurs atomes sont isotopes si le nombre de neutrons est différent, mais que le nombre de protons est identique.
Des isotopes le sont donc d’un même élément chimique

Par exemple, le carbone 12 et le carbone 14 sont tous les deux des isotopes du carbone.

L’isotone

C’est l’inverse de l’isotope : ici c’est le nombre de neutrons qui est identique et le nombre de protons qui est différent. Deux isotones sont donc deux éléments chimiques différents.

Exemple : le carbone 13 possède 6 protons et 7 neutrons, et l’azote 14 possède 7 protons et également 7 neutrons.

Pour ne pas mélanger les deux, retenez la dernière consonne :

  • isotope : même nombre de protons
  • isotone : même nombre de neutrons

L’isobare

Il ne s’agit pas ici de parler de pressions constantes comme le terme d’isobare en thermodynamique, car l’isobare désigne aussi deux atomes dont le nombre total de nucléons (protons plus neutrons) est identique.

Exemple : le carbone 14 et l’azote 14 possèdent tous les deux le même nombre de nucléons : 14.


Pour résumer :



Nucléons (A) Protons (Z) Neutrons (A−Z)
Isotope : différent identique différent
Isotone : différent différent identique
Isobare : identique différent différent

Lire la suite…

6 commentaires

Il y a pas mal d’excitation suite à la sortie d’un papier (PDF là) et d’une vidéo montrant de petits objets comme une DEL, une résistance électrique et des billes de plastique léviter et être déplacés dans les airs :

lévitation acoustique lien vidéo


La vidéo montre rapidement quelques explications, mais elles sont trop sommaires pour bien comprendre ce qui se passe.

Le son

Le son est en réalité la propagation d’une surpression dans un milieu comme l’air. Quand on tape sur un tambour (bruit court), les molécules d’air au contact de la membrane est comprimée. Cette compression est transmise (par vibration) à la couche de molécules suivante et ainsi de suite de proche en proche l’onde sonore se propage (à environ 1200 km/h dans l’air).

Quand il s’agit d’un bruit long, c’est une succession de compressions-décompressions qui se propagent :



On voit donc que le son produit des zones à pression variable : on parle de pression acoustique. En réalité, la différence entre hautes et basses pressions est faible : environ dix millions de fois plus faible que la pression atmosphérique, mais cela est suffisant pour faire vibrer la membrane d’un micro, d’un instrument de musique ou nos tympans.

Dans ce cas de la lévitation acoustique, c’est cette pression qui est responsable de la suspension des objets dans l’air, car c’est elle qui produit une force s’opposant à la force de gravité.

Une onde stationnaire


La lévitation est rendue possible uniquement parce que l’onde sonore est stationnaire.
Ceci veut dire que les zones de compressions-décompressions ne se propagent pas, mais restent au même endroit : les molécules d’air sont alors comprimées et décomprimées par la même partie de l’onde, comme sur cette modélisation (page).

En utilisant deux ondes de même longueur d’onde et en opposition, il est possible de piéger des objets aux endroits où la pression change :

capture ondes


En 2012, il y avait déjà eu une publication sur la lévitation acoustique utilisant ce principe.

La nouveauté ici, c’est qu’il est possible de déplacer les objets dans un plan à l’aide de plusieurs enceintes toutes synchronisées. Le principe est assez simple : en plus d’avoir une onde stationnaire, il est possible de la déplacer et de l’orienter.

De plus, en jouant sur l’intensité des ondes acoustiques émises par chaque enceinte, les ondes peuvent être relayées d’une enceinte à l’autre.

Les applications

Les applications de la lévitation peuvent être multiples, par exemple dans le cas où on a besoin qu’une réaction chimique se passe hors de tout contact avec un récipient ou un support (dans l’industrie pharmaceutique) où pour une manipulation d’objets sensibles que le seul contact avec un autre objet peut endommager ou rayer (électronique de haute précision par exemple).

L’avantage de la lévitation acoustique sur la lévitation magnétique c’est qu’elle peut également mettre des objets non métalliques en lévitation.

Lire la suite…