Vue du dessous d’un film de savon horizontal déformé par une goutte déposée au centre du film.
Valse gravitationnelle sur un film de savon
Deux lentilles liquides en orbite sur un film de savon. Les lentilles déforment l’image du fond situé sous le film.
Les interactions gravitationnelles façonnent les structures de l’Univers, des orbites des planètes aux interactions entre les galaxies. Elles génèrent des dynamiques caractéristiques telles que des orbites complexes, des bras spiraux de marée ou des ponts, courantes aux échelles astrophysiques mais rarement observées à l’échelle humaine. Récemment, des équipes de l’IEMN et de l’Institut Pprime ont observé l’apparition de telles dynamiques lorsque deux gouttes miscibles, déposées sur un film de savon, orbitent, entrent en collision et fusionnent.
Expérimentalement, un film de savon horizontal, constitué d’un mélange d’eau, de glycérol et de tensioactif, est formé sur un support horizontal. Ensuite, une ou plusieurs gouttes sont déposées sur ce film de savon et forment des structures stables appelées « lentilles », dont la forme résulte d’un équilibre entre les forces capillaires et gravitationnelles. Lorsque plusieurs gouttes sont introduites sur le film avec une vitesse horizontale initiale (via un tobogoutte), celles-ci se mettent à orbiter, puis finissent par entrer en collision et fusionner, dans une chorégraphie rappelant la fusion de galaxies.
L’observation de telles dynamiques est rendue possible par (i) la formation de lentilles stables lorsque des gouttes sont déposées sur le film de savon, (ii) des interactions à longue portée entre ces lentilles, analogues à des forces d’attraction gravitationnelle bidimensionnelles, et (iii) la nature déformable de ces lentilles lorsqu’elles interagissent. L’équipe de l’IEMN a modélisé les interactions entre lentilles en orbite et démontré que celles-ci proviennent de la déformation du film, résultant d’un équilibre entre les forces capillaires et gravitationnelles. Elle a pu quantifier cette force et reproduire des orbites complexes de deux lentilles possédant une vitesse initiale. La prochaine étape consistera à étudier et modéliser la collision et la fusion des lentilles.
Ce travail ouvre des perspectives pour de nouveaux analogues gravitationnels permettant d’investiguer, à des échelles humaines, des représentations simplifiées de phénomènes se produisant habituellement à des échelles hors de portée de l’observation humaine.
Ce travail publié dans PNAS NEXUS (https://doi.org/10.1093/pnasnexus/pgag079) a été mis en avant dans un article du journal Le Monde :
mickael.baudoin
iemn.fr
Dynamique de deux gouttes orbitant sur un film de savon. Les points correspondent aux positions des centres de gravité des deux lentilles en fonction du temps, tandis que les segments relient, à chaque instant, les centres de gravité des deux lentilles.
Référence :
[1] J.P. Martischang, B. Reichert, I. Haouche, G. Rousseaux, A. Duchesne & M. Baudoin, PNAS Nexus, 5, pgag079 (2026)
