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Un phénomène physique étonnant encore inexpliqué par la science : la sonoluminescence ou comment créer de la lumière et du son


Une étoile dans une colonne de verre...

 

Voici deux vidéos sur un phénomène méconnu et très prometteur en terme de découvertes et de possibilités : la sonoluminescence.

 

Qu'est-ce que la sonoluminescence  ?

La sonoluminescence est le phénomène par lequel des photons sont émis par des bulles de gaz dont on fait varier le diamètre grâce à des ultrasons.

 

Historique

 

L'effet fut découvert à l'université de Cologne en 1934 par H. Frenzel et H. Schultes, lors d'une expérience portant sur le sonar. Les premières expériences sur le sujet remontent à 1917, quand la Royal Navy britannique demande au physicien Lord Rayleigh de comprendre pourquoi les hélices des navires subissent des dommages inexpliqués.

En 1989, D. Felipe Gaitan et Lawrence Crum arrivent à produire une bulle sonoluminescente unique.

En 2005, l'expérience de D. Flannigan, mettant en jeu une bulle d'argon immergée dans de l'acide sulfurique a permis de mesurer la température atteinte au cœur de la bulle.

 

Explications

 

L'explication théorique de ce phénomène reste aujourd'hui sujet d'étude. Les calculs réalisés depuis la découverte du phénomène semblent indiquer que malgré les conditions de température et de pression passablement inhabituelles au cœur de la bulle lors de son effondrement (la petite onde de choc échauffe fortement le gaz contenu dans la bulle), la production de lumière ne devrait pas intervenir.

 

 

local/cache-vignettes/L580xH98/Sonoluminesc3b0b-3b7f8.jpg

De gauche à droite : apparition de la bulle,
expansion lente de son enveloppe,
contraction rapide et émission de lumière.

 

 

On ne sait pas dire aujourd'hui si cet écart entre théorie et observation tient aux imprécisions des modèles connus quand on les porte à des conditions extrêmes comme celles de la sonoluminescence ou si un phénomène qui n'a pas été envisagé jusque là est à l'œuvre.

En 2002, le physicien Rusi Taleyarkhan envisageait une réaction de fusion nucléaire (voir fusion froide), déclenchée par l'onde de choc, mais ces résultats n'ayant pas pu être reproduits, ils restent très critiqués par la communauté scientifique.

L'expérience de D. Flannigan a permis de démontrer que la température au cœur de la bulle atteint 20 000 kelvins, soit l'équivalent de la température à la surface d'une étoile. La bulle d'argon est, par ailleurs, trois mille fois plus luminescente qu'une bulle produite dans de l'eau3. On a également découvert de l'oxygène ionisé en surface de la bulle. L'hypothèse de la présence d'un plasma au cœur de la bulle expliquerait cette ionisation.

D'après les expériences des chercheurs américain Rusi Taleyarkhan (université de Purdue, Indiana) et Richard Lahey (Institut polytechnique Rensselaer de Troy, État de New York), il semble que la température au centre des bulles puisse atteindre 10 millions de degrés. Ils auraient enregistré l'émission de neutrons à 2.5 MeV et décelé la présence de tritium après la réaction.

 

Propriétés

 

La sonoluminescence peut arriver ou non quand une onde sonore d'intensité suffisante fait se contracter rapidement une cavité gazeuse présente dans un liquide. Cette cavité peut prendre la forme d'une bulle ; elle peut être générée au cours d'un processus nommé cavitation. La sonoluminescence en laboratoire peut être rendue stable : une unique bulle s'étend puis se contracte continuellement de manière périodique, en émettant un éclair lumineux à chaque contraction. Pour cela, une onde sonore est émise dans un liquide, et la pression de la bulle dépendra de cette onde. Les fréquences de résonance dépendent de la taille et de la forme du récipient dans lequel la bulle est contenue.

 

Quelques informations sur la sonoluminescence :

 

Les flash lumineux émis par les bulles sont extrêmement courts, entre 35 et quelques centaines de picosecondes, avec des pics d'intensités de l'ordre de 1 mW à 10 mW.

 

Les bulles sont très petites quand elles émettent la lumière, autour du micromètre de diamètre. Ceci dépend du fluide ambiant (par exemple, de l'eau) et du gaz contenu dans la bulle (par exemple, de l'air).

 

La sonoluminescence à bulle unique peut avoir des périodes et des diamètres très stables. Cependant, l'analyse de la stabilité d'une bulle montre que la bulle est elle-même soumise à d'importantes instabilités géométriques, à cause des forces de Bjerknes et des instabilités de Rayleigh-Plesset.

 

En ajoutant une petite quantité d'un gaz noble (comme l'hélium, l'argon, ou le xénon) au gaz de la bulle, on peut augmenter l'intensité de la lumière émise.

 

La longueur d'onde de la lumière émise est très courte, son spectre peut atteindre l'ultraviolet. Plus la longueur d'onde de la lumière est faible, plus son énergie est élevée. La mesure du spectre de la lumière laisse présumer une température dans la bulle d'au moins 20 000 kelvin et jusqu'à une température dépassant le mégakelvin. La véracité de ces estimations est remise en question par le fait que l'eau, par exemple, absorbe à peu près toutes les ondes en dessous de 200 nm. Ceci a mené à diverses estimations de la température de la bulle, car elle peut être extrapolée depuis le spectre d'émission obtenu durant la contraction, ou estimée en utilisant l'équation de Rayleigh-Plesset (voir après). Certaines estimations portent l'intérieur de la bulle à un gigakelvin. Ces estimations sont basées sur des modèles qui ne peuvent pas être vérifiés aujourd'hui.

 

Source : Wikipédia.

 

On ne sait rien du son, ou presque. Lorsqu'on étudie certains récits anciens, on se rend compte que certaines civilisations très anciennes ont eu accès à un savoir spécifique du son : par exemple, détruire par le son (les trompettes de Jéricho), faire léviter des pierres par le son (récits de l'île de Pâques, du Tibet, etc.), etc.

 

Il est évident qu'il demeure tout un pan de la science du son totalement inexploré, avec des applications futures complètement dingues.

 

Cela dit, en y réfléchissant, je pense que la sonoluminescence n'a rien à voir avec le son, dans le sens où le son ne produit pas la lumière : il ne sert qu'à contracter très rapidement la bulle par un effet mécanique du liquide incompressible (l'eau est incompressible jusqu'à 2000 bars) au point que le gaz s'échauffe très rapidement pour se transformer en plasma. La sonoluminescence est donc plus un phénomène de la physique des gaz et des plasmas que du son proprement dit, ce dernier n'étant que l'agent exciteur responsable des compressions/décompressions rapides de la bulle.

 

Un phénomène étonnant en tout cas !

 

À voir !

 

Nota Bene 1 : pour aller plus loin, voyez cet excellent article de Science Étonnante sur la sonoluminescence.

 

Nota Bene 2 :

  • Pour des vidéos ayant dans leur titre "physique", cliquez [ici].
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Dans le cas où les liens ci-dessus seraient brisés, vous pouvez les retrouver ici : http://www.blueman.name/Des_Videos_Remarquables.php?NumVideo=8590.

 

 

 

Tags : Recherche Etonnant Science et techno



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16 réactions à cet article


  • 4 votes
    Deepnofin Deepnofin 1er février 17:27

    Incroyable ! Merci pour cette découverte !! Décidément, l’eau est pleine de surprises ! La mémoire de l’eau, l’eau miraculeuse inventée par ce monsieur dont j’ai oublié le nom et dont les travaux ont étés volés au moment de sa mort violente, ou encore l’expérience de l’eau spiralée sous une certaine fréquence...
    Je connaissais ces crevettes, mais j’ignorais que l’homme avait déjà manipulé cette bulle magique.

    Cette découverte ouvre le champ des possibles. Peut-être que la sonoluminescence se produit effectivement à cause de la compression brutale de l’air, comme si la bulle soumis à cette résonance développait une puissance compressive inconnue jusqu’à présent ? Si seulement la recherche scientifique était convenablement subventionnée et orientée, ça ferait longtemps qu’on aurait déjà trouvé des applications à cette flamme bleue, j’imagine... En plus, ça fait genre 80 ans qu’elle a été observée ailleurs que chez les crevettes...

    Ma conspiranoïa me fait croire que c’est pas pour rien si ce genre de découvertes met du temps à sortir de l’ombre. Peut-être que certaines personnes développent dans en secret des technologies dont on a pas idée, et qu’ils ont trouvé depuis longtemps une source énergétique bien plus efficace que celles issues des énergies fossiles, mais qu’ils gardent ça secret car la Guerre du Pétrole est une des principales excuses de l’Oligarchie pour bouger ses pions et propager son idéologie "démocratique". Et comme nous sommes aliénés par nos voitures et notre confort, une bonne partie des profits issus de notre travail file en direction de leurs poches.


    • 1 vote
      yanleroc yanleroc 2 février 12:52

      @Deepnofin

      Salut Deeper, est-ce que tu veux parler de l’eau dynamisée de Marcel Violet ?..


    • 1 vote
      Deepnofin Deepnofin 2 février 13:48

      @yanleroc Hey salut Yanleroc ! Oui c’est ça bien vu ! L’Eau Violet, ma soeur s’était intéressé au sujet et me l’avait fait découvrir... J’avais vu une vidéo-conférence où des intervenants en parlaient, il me semble que le vrai secret de Marcel Violet est partit avec lui ses ses travaux qui auraient disparus, c’est bien ça ?


    • 2 votes
      yanleroc yanleroc 2 février 22:24

      @Deepnofin, regarde ces 2 vidéos de François Lallemand, Docteur Magnifique !

      Tu trouvera ici (presque) tout ce qu’il faut pour construire sa"fameuse machine", c’est à dire un condensateur à la cire d’abeille pour dynamiser l’eau (que je suis en train de faire, ayant enfin tous les éléments (ou presque).

      Ici également quelques précisions et la présentation de Lakovsky entre autres "must".

      A une prochaine plus longuement.


    • vote
      Deepnofin Deepnofin 5 février 19:32

      @yanleroc Génial merci pour ces vidéos ;) Pareil ma soeur voulait construire sa machine, elle a la cire d’abeille, je sais pas où elle en est actuellement. Bonne construction à toi et à bientôt ;)


    • 3 votes
      Carmela Carmela 1er février 20:24

      "Incroyable ! Merci pour cette découverte !! "

      Même constat que Deepnofin, Sublime !

      Merci beaucoup pour ce partage blueman


      • 1 vote
        zzz999 1er février 21:24

        Je crois me rappeler que la sonofusion dans l’acétone avait permis d’atteindre brièvement la température de fusion ?


        • vote
          sls0 sls0 1er février 23:12

          Pour ceux qui veulent en savoir plus il y a un TP de l’université de Paris-Sarclay qui est pas mal.
          C’est un pdf de 12 pages.
          On y parle d’une température de 15.000°K


          • 1 vote
            alanhorus alanhorus 2 février 19:41

            @sls0

            Les crevettes ne savent pas lire. Pourtant elles maitrisent le phénomène.


          • vote
            Qaspard Delanuit Qaspard Delanuit 2 février 09:07

            Ce phénomène physique passionnant évoque aussi la magie. Merci pour cette découverte. 


            • 1 vote
              alanhorus alanhorus 2 février 12:18

              Dans le vide le son ne s’entend pas.
              C’est d’ailleurs une faille de la NASA dans son mensonge apollo landing.
              La Russie s’apprête a demander une enquête internationale sur le Hoax le plus célèbre des USA.
              https://www.youtube.com/watch?v=sJh6Lzy_UKk
              http://www.francetvinfo.fr/sciences/la-russie-veut-enqueter-sur-les-premiers-pas-americains-sur-la-lune_959639.html


              • vote
                sls0 sls0 2 février 14:14

                @alanhorus
                Je n’ai pas envie de polémiquer la dessus mais à entendre les discussions, les micros sont équipés de vox control avec une latence, ils auraient eu difficile d’enregistrer un son court en dehors d’une discussion qui aurait déclenché le micro.

                Je n’ai pas envie de perdre mon temps là dessus et les vidéos manque de netteté, mais avec AVIMECA on peut mesurer la vitesse de la poussière sous l’impact des pieds dont la vitesse verticale.
                Il y a des points d’attache sur l’équipement portable, c’est bizarre, j’en ai rajouté sur mon sac à dos pourtant je ne vais pas sur la lune et je n’ai pas de problème d’absence de gravité lors de mes ballades.

                A l’époque la goniométrie permettait de situer les émissions radio, les russes où pas mal de radios amateurs ont dû s’y intéresser.

                Je ne consacre pas plus de 5 minutes de réflexion sur le sujet et je n’ai pas envie de polémiquer.


              • vote
                alanhorus alanhorus 2 février 18:45

                @sls0

                Je comprend paul ni mickey ne vous intéresse.

                http://nightflight.com/operation-lune-how-stanley-kubrick-faked-the-apollo-11-moon-landing/

                Cela en fait des emplois fictifs, si c’était un hoax.


              • vote
                sls0 sls0 2 février 20:15

                @alanhorus
                Grimaut sors de ce corps !!


              • 3 votes
                le celte le celte 2 février 18:31

                Cette expérience m’a immédiatement fait pensé aux travaux du Prof. Montagnié et son prédécesseur le chercheur Bienveniste sur la mémoire de l’eau. Voici pour les intéressés l’excellente démonstration de cette théorie dans ce doc : https://www.youtube.com/watch?v=PtTCSIK0I2U


                • 1 vote
                  le celte le celte 2 février 19:33

                  fait penser...

                  

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