l'expérience de la goutte de poix ⏳

“L'expérience de la goutte de poix est une expérience scientifique de longue durée destinée à mesurer l'écoulement d'un fragment de poix sur de nombreuses années. Le nom de « poix » est donné à n'importe quel liquide très visqueux, qui semble solide, le plus souvent du bitume. Ainsi, le goudron forme un écoulement à température ambiante et forme une goutte, bien que très lentement.


Expérience à l'université du Queensland

La version la plus réputée de l'expérience a été démarrée en 1927 par le professeur Thomas Parnell de l'université du Queensland de Brisbane, en Australie, afin de démontrer à ses étudiants que certaines substances d'apparence solide sont en réalité des fluides de très haute viscosité. Parnell fait couler un échantillon de poix chaude dans un entonnoir bouché et le laisse reposer trois ans. En 1930, le bouchon du cou de l'entonnoir est coupé, de façon que la poix puisse s'écouler. Une grosse goutte se forme alors, et tombe environ toutes les décennies. La huitième goutte est tombée le 28 novembre 2000, la neuvième le 23 avril 2014. Dans une publication de 1984, les expérimentateurs ont pu estimer la viscosité dynamique de la poix à environ 230 milliards de fois celle de l'eau (soit 2,3 × 10 exp.8 Pa s).

Ainsi que le répertorie le Livre Guinness des records, il s'agit de la plus longue expérience en laboratoire fonctionnant en continu au monde. On estime qu'il reste suffisamment de poix dans l'entonnoir pour que l'expérience continue durant encore au moins un siècle. Deux autres expériences, elles aussi toujours en cours, sont plus anciennes que celle-ci : la Beverly Clock et l'Oxford Electric Bell, mais ont connu plusieurs courtes interruptions depuis 1937.

À l'origine, l'expérience n'a pas été réalisée sous des conditions atmosphériques spécifiques, et du fait des variations de température au fil des saisons, la valeur de la viscosité changeait. Cependant, quelque temps après la chute de la septième goutte en 1988, la climatisation a été installée dans la pièce où se déroule l'expérience ; à présent, la stabilité (apportée par la thermorégulation) a augmenté l'allongement de la goutte avant sa séparation du reste de la poix.

En octobre 2005, John Mainstone et Thomas Parnell (à titre posthume pour ce dernier) ont reçu le prix ig Nobel de physique, parodie du prix Nobel, pour l'expérience de la goutte de poix.

L'expérience se trouve sous l'objectif d'une webcam, mais des problèmes techniques ont empêché l'enregistrement de la chute de la huitième goutte. On peut observer en direct la chute de la dixième goutte sur le site de l'université du Queensland.

Après l'avoir suivie durant 52 ans, John Mainstone, responsable de l'expérience de la goutte de poix, meurt le 26 août 2013 à l'âge de 78 ans.

Le 17 avril 2014, la neuvième goutte descend jusqu'à toucher les gouttes précédemment tombées dans le bécher, sans pour autant se détacher de l'entonnoir. Il est donc décidé le 24 avril de changer le bécher pour le remplacer par un vide. La goutte se détache finalement lors de l'opération de remplacement.


Chronologie

1927 : mise en place de l'expérience.
1930 : le bouchon est retiré.
Décembre 1938 : chute de la 1re goutte (temps de formation en mois : 96-108).
Février 1947 : 2e goutte (100).
Avril 1954 : 3e goutte (108).
Mai 1962 : 4e goutte (97).
Août 1970 : 5e goutte (99).
Avril 1979 : 6e goutte (104).
Juillet 1988 : 7e goutte (111).
28 novembre 2000 : 8e goutte (148).
24 avril 2014 : 9e goutte (160).


Expérience au Trinity College à Dublin

Une expérience similaire, commencée en octobre 1944, est en cours au Trinity College à Dublin. Le 11 juillet 2013, la chute d'une goutte y a été filmée pour la première fois.


Expérience à l'Institution des Chartreux à Lyon

Cette expérience a été mise également en place à l'Institution des Chartreux, établissement scolaire lyonnais, commencée en mars 2018. La première goutte est prévue au printemps 2030.

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Spoiler:

https://fr.wikipedia.org/wiki/Exp%C3%A9rience_de_la_goutte_de_poix

l'expérience de la goutte de poix

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“Chute de la goutte la plus lente du monde
Des physiciens irlandais ont filmé la chute d'une goutte de poix noir, une sorte de goudron qui passe pour un solide à température ambiante. (Crédits : Trinity College Dublin)”

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Spoiler:

https://video.lefigaro.fr/figaro/video/chute-de-la-goutte-la-plus-lente-du-monde/2558804809001/

Passionnant et incroyable Christelle, merci. Il faut plus que de la patience pour meber à bien ce genre d'expérience.

merci Amarantine

oui c'est très connu comme expérience

le verre coule aussi mais encore plus lentement.

""certaines substances d'apparence solide sont en réalité des fluides de très haute viscosité""

oui on avait vu ça en première année de fac de bio, en physique.
quand on mesurait la viscosité avec une sorte de ressort

je crois qu'il y'a une caméra qui tourne en continu pour filmer la goutte "tomber"
(à Dublin ?)

Spoiler:

le verre coule aussi mais encore plus lentement.

merci Nuts

ils préviennent : seulement 8 ans ou quelques années à attendre

le live :

http://thetenthwatch.com/feed/

merci Francis

""Les lecteurs ne trouveront pas cela si surprenant s'ils ont en tête les vitraux des églises, plus épais à la base qu'au sommet, à cause, paraît-il, de l'écoulement de la matière au cours du temps. Mais la belle histoire ne tient pas, car les temps nécessaires pour observer le phénomène dépassent de loin les quelques siècles d'âge de ces décorations.

Et pourtant le verre coule ! L'équipe franco-canadienne explique, dans la revue Science du 28 février, comment elle a même quantifié pour la première fois la « viscosité » de ce solide si particulier. Incontestablement, bien que fragile, le verre est un solide.

Mais sa structure intime ne présente pas des arrangements réguliers comme dans un cristal. Pire, elle ressemble à celle désordonnée d'un fluide...""

https://www.lemonde.fr/sciences/article/2014/03/03/le-verre-froid-s-ecoule-comme-du-miel_4376740_1650684.html

en somme un liquesol
ou un solquide

merci Nuts pour le partage

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50000x plus que le goudron

centipoise
l'unité de mesure de la viscosité
(je crois qu'on avait comparé l'eau et le miel à la fac)

“Verre ou cristal ? Quand le métal se joue du désordre

5000 ans d’histoire. On pourrait croire qu’on sait tout de lui, c’est loin d’être le cas. Le verre continue d’étonner les scientifiques par ses propriétés remarquables. À l’occasion de l’Année internationale du verre, Beatrice Ruta, chercheuse CNRS, évoque pour nous les verres faits de métal et leur capacité si singulière à s’écouler.

Un article de Caroline Depecker, journaliste scientifique
pour Pop’Sciences – 29 août 2022

Notre-Dame de Paris, mais aussi Bourges, Chartres, Reims… Pays de cathédrales, la France totalise la plus grande surface de vitraux au monde : soit 90 000 m2, selon l’Institut national des métiers d’art. Une légende voudrait que les vitraux soient plus épais à leur base à cause de l’écoulement du verre au fil des siècles. Plus prosaïquement, les vitraillistes médiévaux ne savaient pas fabriquer de vitres planes : celles-ci étaient inégalement épaisses dès leur origine. Pour autant, l’histoire s’inspire d’un phénomène physique bien réel. En effet, le verre est un matériau qui, même froid, s’écoule de façon extrêmement lente. L’étude de ce phénomène est au cœur des recherches de Beatrice Ruta, chargée de recherche CNRS, physicienne à l’Institut Lumière Matière de Lyon (ILM – CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1).

Pour le maître-verrier, le verre est un matériau, en général transparent, renfermant plus de 60% de silice [voir encadré ci-dessous] et qui peut être façonné à souhait en le soufflant. Pour le scientifique, le terme de verre renvoie à l’état particulier d’un solide dont la structure intime ne présente pas d’arrangements réguliers comme c’est le cas dans un cristal. L’organisation des atomes ressemble à celle désordonnée d’un liquide. « Il existe des verres de toutes sortes, commente Béatrice Ruta. A base de silicates bien sûr, et de minéraux. Les verres de polymères sont très courants, ceux fabriqués à partir de métaux beaucoup moins. Ils constituent l’objet de mes recherches ».

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La physicienne dispose sur son bureau quelques échantillons contenant des verres métalliques. Stockées pêle-mêle dans leur emballage plastique, l’apparente simplicité des paillettes argentées rend peu compte du potentiel technologique des matériaux. Découverts dans les années 1960, les verres métalliques possèdent en effet des propriétés très avantageuses en comparaison de leurs homologues cristallins : résistance à la corrosion, ferromagnétisme exceptionnellement doux, élasticité très élevée, biocompatibilité. Encore onéreux à produire, ils trouvent des débouchés commerciaux surtout pour des applications de miniaturisation : dans le biomédical, l’horlogerie ou encore la microélectronique.

Bien que prometteuse, l’utilisation des verres métalliques est limitée par leur vieillissement, qui altère leurs qualités.

« Comme tous les verres, ces solides sont produits dans un état dit métastable, explique Beatrice Ruta. Avec le temps, et même si on ne peut pas l’observer directement, les atomes changent de position invariablement et les propriétés du matériau s’en trouvent modifiées ».

Alors que la structure du verre semble se détendre, les scientifiques évoquent le terme de « relaxation structurelle » pour décrire ce réarrangement atomique. Comprendre les mécanismes qui le gouvernent permettrait d’anticiper l’évolution naturelle des matériaux.

Les verres métalliques sont obtenus classiquement par technique de trempe. Mais au lieu de silice, c’est un mélange en fusion contenant 3 à 5 métaux différents qui est refroidi brutalement de sorte à « figer » le liquide, avant qu’il ne puisse cristalliser. Pour ce faire, la vitesse de refroidissement de l’alliage métallique est de quelque 1000 degrés par milliseconde. Ce qui se passe à l’échelle atomique, lors de cet engourdissement généralisé de la matière, reste mystérieux pour les chercheurs.

À l’appui d’expériences, des simulations informatiques ont livré des informations surprenantes. Lorsqu’un verre fondu refroidit, ses atomes ralentissent, mais pas uniformément. Certaines zones se figent d’abord, tandis que dans d’autres régions, les atomes continuent à se déplacer de façon fluide. Rien ne vient distinguer les zones à mobilités différentes. Et aucune théorie sur la transition vitreuse n’existe à ce jour qui permettrait d’expliquer ce phénomène de façon satisfaisante, en l’intégrant à toutes les autres bizarreries déjà observées.

Autre exemple. À l’approche de la vitrification, la viscosité, qui traduit la résistance d’un fluide aux changements de forme, devient extrêmement grande. Elle atteint alors une valeur 10 milliards de fois supérieure à celle du métal liquide. « Comment expliquer cette augmentation soudaine ? La question est fascinante ! » s’exclame Beatrice Ruta. Et la chercheuse du CNRS, d’expliquer que la façon dont évolue la viscosité équivaut en quelque sorte à la « signature » du matériau. Elle qualifie son état final et dépend de ses conditions de formation.

Depuis qu’elle a finalisé son doctorat, il y a 12 ans, la scientifique utilise le rayonnement synchrotron de l’ESRF (European Synchrotron radiation Facility) de Grenoble pour mener à bien ses études. L’infrastructure de recherche a été récemment modernisée et dispose, depuis 2020, du rayonnement électromagnétique le plus puissant au monde. Le faisceau de rayons X produit, mille milliards de fois plus intense que celui issu des dispositifs classiques, est projeté sur des cibles à analyser. Il est capable de sonder la matière à l’échelle de l’angström (soit 1 dixième de milliardième de mètre) et, ce en temps réel. L’utilisation de ce rayonnement est une des rares techniques qui permet aux physiciens de qualifier les mouvements des atomes au sein d’un verre lorsque son état liquide est, à l’image de l’écoulement du miel, extrêmement visqueux.

« Il y a dix ans, nos expériences ont livré un résultat inattendu, raconte Beatrice Ruta. Nous avons montré que lors de la vitrification, les atomes d’un verre métallique adoptent un mouvement de type balistique », ce que ne prévoyait aucune des lois en cours.

Normalement désordonnés, les mouvements des atomes semblent se coordonner : les billes de matière se retrouvent tout à coup projetées au sein du matériau comme les balles d’un champ de tir. L’ordre atomique se modifie à courte distance ; d’infimes changements de structure apparaissent. « Pour apporter une explication à ces observations, nous nous sommes inspirés de champs disciplinaires voisins au nôtre, se rapportant à la matière molle », complète la chercheuse. Venant valoriser l’excellence de ses premiers travaux, une médaille de bronze lui a été décernée par le CNRS en 2020. Dans la continuité, elle s’est vu attribuée un financement de recherche par le Conseil européen (bourse ERC starting Grant) pour continuer ses études sur la dynamique microscopique des verres.

En soumettant ses échantillons métalliques à diverses contraintes de température et de pression, Beatrice Ruta s’ingénie à comprendre dans quelle mesure le verre garde en mémoire les stress subis. Avec à la clé, la possibilité de décrire comment ces matériaux vieillissent.

« Car les performances d’un verre, et donc son utilisation potentielle, sont le fruit d’une histoire, celle de tous les événements qu’il a vécus, commente-t-elle. En comprenant comment les propriétés des verres sont altérées avec le temps, on pourrait prévoir, a contrario, les conditions qui leur conféraient la plus grande stabilité ».

Parmi les points d’attention de la chercheuse : la fragilité à la rupture des verres métalliques lors de leur usage répété. Un écueil rencontré par la firme américaine Vitreloy lors de la commercialisation de clubs de golf dans les années 1990.

Contribuer à étoffer des modèles théoriques encore largement incomplets n’est pas le seul attendu du type de recherche menée par Beatrice Ruta. De meilleures connaissances sur les verres pourraient étonnamment intéresser l’industrie pharmaceutique. Modifier la conception de médicament en leur conférant une structure vitreuse et non cristalline serait un moyen, par exemple, d’en améliorer la diffusion dans le corps de patients et, ainsi, de limiter le recours à des solutions injectables.”

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https://popsciences.universite-lyon.fr/ressources/verre-ou-cristal-quand-le-metal-se-joue-du-desordre-un-article-popsciences/