Paris, 16 avril 2014

Comment les mousses de savon bloquent-elles le son ?

La mousse de savon possède une caractéristique très étonnante : elle bloque complètement la transmission du son dans une large gamme de fréquences. Des physiciens du CNRS et des universités Paris Diderot et Rennes 11 ont étudié comment le son est atténué dans la mousse de savon. Leurs résultats, publiés dans Physical Review Letters, ouvrent la voie à la création d'outils, des sondes acoustiques, qui permettront de contrôler la qualité des mousses utilisées dans l'industrie, notamment minière et pétrolière.
De nombreuses recherches sont menées en acoustique pour comprendre comment le son se propage dans la matière. Une des démarches classiques consiste à envoyer une onde sonore dans la matière et à écouter la réponse pour en déduire des informations essentielles sur le matériau. Qui n'a jamais essayé de déterminer si un mur était creux en écoutant le son produit en le frappant ? C'est pourquoi les chercheurs analysent comment différents matériaux, des plus simples aux plus complexes, réagissent quand on les "frappe".

Pourtant, un matériau résiste toujours à la curiosité des chercheurs : la mousse de savon. C'est un matériau difficile à étudier : il est éphémère et le son n'y pénètre pas facilement. Jusqu'à présent aucune sonde acoustique n'existe pour les mousses. Les sondes les plus répandues utilisent la conduction électrique pour déterminer la quantité de liquide contenue dans une mousse, mais certaines compositions mousseuses sont constituées de liquide non conducteur et il est alors impossible de les caractériser. Ajouter les mousses de savon à l'inventaire des matériaux sondables par les ondes acoustiques est donc un enjeu important afin que tous les types de mousses puissent être utilisés en étant parfaitement caractérisés.

Comment les mousses de savon bloquent-elles le son ? Un élément de réponse décisif vient d'être apporté par une étude récente des chercheurs du laboratoire « Matière et systèmes complexes » (CNRS/ Université Paris Diderot) et de l'Institut de physique de Rennes (CNRS/Université Rennes 1). Dans le cadre d'un projet financé par l'ANR, cette étude réunit pour la première fois des acousticiens et des spécialistes des mousses : il est en effet essentiel de caractériser ces dernières pour pouvoir mesurer la vitesse et l'atténuation du son dans des mousses de composition bien connue. Les résultats montrent que la propagation du son est très différente selon la fréquence de l'onde utilisée. Les chercheurs proposent une interprétation simple de ces observations. La mousse est composée d'air à 90% et de liquide et ce liquide est réparti entre des films et des canaux qui les soutiennent (voir figure). Or ces deux structures ont des géométries et des masses très différentes : les films ont une grande surface pour une faible masse tandis que les canaux sont plus étroits mais plus massifs. La vibration de l'air due à l'onde acoustique entraîne les films qui tirent sur les canaux. À basses fréquences, la vitesse du son est très faible (environ 30 mètres par seconde) : le son est ralenti par le mouvement coordonné des films et des canaux mais n'est pas bloqué. À hautes fréquences, la vitesse du son devient plus importante (environ 220 mètres par seconde) : seuls les films bougent, le son peut alors aussi traverser la mousse. Cependant, à des fréquences intermédiaires, les films se comportent anormalement : ils se déplacent « à l'envers », c'est-à-dire qu'ils bougent vers la gauche quand l'air déplacé par le son les pousse vers la droite, ce qui empêche un déplacement des canaux. Le son est ainsi bloqué dans les bulles de savon dans une large gamme de fréquences.

Ces travaux contribuent donc à percer le mystère de l'acoustique des mousses de savon. Ils permettront le développement de sondes acoustiques appliquées à ces matériaux omniprésents dans notre quotidien et très utilisés en industrie.

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MAGNÉTISME MOLÉCULAIRE: VERS LE STOCKAGE DE L'INFORMATION SUR UNE MOLÉCULE - R.SESSOLI, M.VERDAGUER

Une conférence du cycle "le magnétisme aujourd’hui : du pigeon voyageur à la spintronique"
Magnétisme moléculaire: vers le stockage de l'information sur une molécule
Par Roberta Sessoli
Professeur, Laboratoire de Magnétisme Moléculaire, Florence
Et Michel Verdaguer
Professeur, Institut Parisien de Chimie Moléculaire, CNRS, Université Pierre et Marie Curie, Paris
Les molécules sont des assemblages d’atomes. Elles sont magnétiques, dia- ou para-magnétiques. Le dioxygène de l’air par exemple, porte un moment magnétique indispensable à notre vie aérobie.
La mécanique quantique permet non seulement de comprendre ce magnétisme moléculaire mais aussi de concevoir des matériaux magnétiques de faible densité, solubles, colorés, biocompatibles, obtenus dans des conditions douces.
La flexibilité de la chimie moléculaire permet d’obtenir des matériaux commutables, des aimants à la température ambiante, des systèmes moléculaires qui se comportent comme des aimants. En les plaçant sur des surfaces, chimistes et physiciens rêvent de l’enregistrement magnétique au stade ultime de miniaturisation, celui de la molécule unique, ..).
En termes simples et à l’aide d’expériences, la conférence brosse un panorama de ce champ de recherche et permet d’entrer dans le monde merveilleux du magnétisme des molécules.

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STRUCTURE ATOMIQUE ET TRANSITIONS SPECTRALES

Ce film est destiné à présenter les notions essentielles sur la structure des atomes et sur leur interaction avec les radiations lumineuses. Atome de Bohr. Noyau central positif. Electrons négatifs gravitant autour du noyau dans des états stationnaires d'énergie formant une suite discontinue. Etat fondamental. Etats excités. Transitions entre les états par absorption et émission de lumière monochromatique. Phénomène de résonance optique. Décomposition des états par un champ magnétique. Effet Zeeman. Composantes Zeeman d'une raie spectrale. Polarisation de ces composantes.

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LA CARTOGRAPHIE DU SYSTÈME CÉRÉBRAL

La nature des relations entre cerveau et pensée a alimenté de nombreuses querelles philosophiques depuis plus de deux millénaires. C'est à la fin du 19ème siècle que des neurochirurgiens établirent que les fonctions cognitives modifient localement la circulation sanguine cérébrale (Roy et Sherrington, 1890), et que des lésions du cortex provoquent leur dysfonctionnement (Broca, 1863). Cette dernière approche, appelée neuropsychologie, a été jusqu'aux années 1980 la méthode expérimentale de référence pour l'étude des relations entres structures et fonctions cérébrales, tout en étant fondamentalement inadaptée à l'étude du fonctionnement cérébral normal. Dans ce contexte, la mise au point dans les années 1990 de techniques d'imagerie de l'organisation fonctionnelle du cerveau humain, constitue une véritable révolution. Leur avènement découle d'avancées majeures de la fin du 20ème siècle dans les domaines de la détection de rayonnements et de l'informatique. Ces techniques, dites de neuroimagerie cognitive, sont la tomographie par émission de positons (TEP), l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMF) et la magnéto-électro-encéphalographie (MEEG). Une fonction cognitive est en effet une séquence temporelle d'activités neuronales, électriques et neurochimiques, distribuées en réseau, et engendrant des variations locales à la fois du champ électro-magnétique, du métabolisme énergétique, et du débit sanguin cérébral (DSC). Les modifications locales du champ électromagnétique sont directement observables à la milliseconde près, "en temps réel ", à la surface du scalp (MEEG). L'observation des événements neurochimiques, métaboliques et hémodynamiques nécessitent le recours à un marqueur de ces évènements dont la concentration en chaque endroit du cerveau doit être détectable de l'extérieur. En IRMF, le marqueur est la désoxy-hémoglobine (dHb), une molécule normalement présente dans les globules rouges du sang veineux, et dont la concentration varie avec le débit de sang local et donc avec l'activité mentale. Chez un sujet placé au sein d'un champ magnétique intense, la dHb peut être détectée par voie externe car elle est paramagnétique : sa présence engendre dans son voisinage une faible perturbation du champ magnétique que les appareils d'IRM sont capables de cartographier avec une précision millimétrique. La fusion des données d'EEG-MEG d'une part, et de TEP-IRMF d'autre part va permettre à terme l'obtention de véritables cartes cérébrales spatio-temporelles des activités mentales. Les méthodes de neuroimagerie ont déjà fourni de nombreux résultats concernant des bases neurales des fonctions cognitives, et vont permettre une approche nouvelle du vieillissement cérébral et des dysfonctionnements cognitifs. Elles constituent, pour les neurobiologistes, les psychologues, les spécialistes d'intelligence artificielle, mais également les philosophes, une rupture épistémologique dans la quête de la nature et de l'organisation de nos pensées.

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