Posts in Category: Physique

Blown Air Effect

Percolation optique

Filtration et bouchage en milieu complexe

Soft Robotics – Conception d’un nageur autonome en polymère électrostimulable

Vidéo de présentation de notre projet

Pour une approche plus détaillée du projet, voir la présentation du 17 juin 2016.
Presentation

Protocoles & Méthodes

Synthèse des hydrogels

L’hydrogel utilisé est un copolymère d’acide acrylique (AA) et de polyéthylène glycol acrylate (PEGA) chimiquement réticulé par le polyéthylène glycol diacrylate (PEGDA). La différence entre les différents protocoles réside essentiellement dans la modification du ratio entre les deux monomères utilisés.

Toutes les manipulations se font sous hotte.

Dans un erlenmeyer placé sous agitation, on dissout 5mg de soude dans 10mL d’eau distillée (pH=12). On introduit successivement le PEGA, l’AA et le PEGDA. On ajoute quelques gouttes d’éosine ou de bleu de méthylène pour colorer la solution. On ajoute le persulfate d’ammonium et le TEMED pour amorcer la polymérisation. On introduit rapidement la solution dans des pipettes en plastique. On couvre le dessus des pipettes de parafilm et on laisse la solution gélifier dans une étuve à 60°C durant 10h.

PEGA/AA/PEGDA : 1/1/0,2 (monomères/réticulant : 1/0,1)

SR1

PEGA/AA/PEGDA : 1/2,3/0,17 (monomères/réticulant : 1/0,05)

SR2

PEGA/AA/PEGDA : 1/2,3/0,3 (monomères/réticulant : 1/0,1)

SR3

PEGA/AA/PEGDA : 1/1,5/0,125 (monomères/réticulant : 1/0,05)

SR4

IMG_4012

Expérience de déflexion et d’oscillation de l’hydrogel

Matériel

– fil électrique
– une relai électrique DPDT
– un générateur de tension basses fréquences
– une cuve
– un support
– une source de tension réglable (un générateur d’électrophorèse par exemple)
– deux lames d’acier inoxydable
– du parafilm
– un réchaud
– deux feuilles de graphite
– un peigne

Montage

Montage_Experimental

La cuve est remplie d’eau, ou d’une solution saline de concentration contrôlée inférieure à 10-1M. Les électrodes sont placées dans les crans du peigne prévus à cet effet. L’échantillon de polymère est placé dans le cran central du peigne, et la partie supérieure de l’hydrogel est isolée de la solution par un système d’enveloppe (doigt de gants de protection ici).

Cuve, peigne et support

La cuve est façonnée de PMMA. Une grille de dimension connue peut être tracée sur le fond de la cuve pour servir de repère.
Le peigne comporte une ouverture centrale destinée à accueillir l’hydrogel du test. Des crans, servant à accueillir les électrodes, sont régulièrement espacés à partir de l’ouverture centrale. Ils permettent de s’adapter au mieux à la géométrie du mouvement, et de moduler le champ électrique appliqué entre les électrodes.
Le support sert à placer une caméra pour l’acquisition d’image à analyser. Pour augmenter le contraste, et donc exploiter plus facilement les images, on peut placer la cuve sur une plaque à LED.

Fabrication des électrodes inertes

– faire chauffer deux lames d’acier inoxydable à une température de 60°C.
– sur les deux lames chaudes, superposer successivement une couche de parafilm et un feuillet de graphite.
– compresser le tout jusqu’à ce que l’électrode ait refroidi à température ambiante.

Les électrodes ainsi construites sont prêtes à l’emploi, il suffit de les connecter à une source de tension en utilisant des pinces croco ou en soudant la face carbonée à un fil dénudé avec de l’étain.

Fonctionnement du relais

relai

Sous l’action d’un champ magnétique, généré pas la self et contrôlé par le GBF, ce device inverse l’orientation du champ électrique entre les électrodes. On crée ainsi un champ électrique d’amplitude montant jusqu’à 200V.

Protocole

– Placer une caméra sur le support au dessus de la cuve.
– Placer les électrodes aux crans souhaités.
– Placer l’hydrogel à tester
– Filmer les oscillations du polymère pour une fréquence et une tension donnée
– Faire varier les paramètres de tension et de fréquence

Les images expérimentales peuvent ensuite être traitée sous ImageJ pour en extraire amplitude d’oscillation et vitesse d’oscillation.

Électronique

Schéma du montage électronique

Image1

Vee = 6 V
Vdd = 6 V
R1 = 15 Ω
R2 = R3 = Résistance variable 100 Ω – 5 MΩ
C1 = 10 nF
C2 = 1 µF (haute tension)
C3 = 10 µF
L1 = 6800 µH

Remarques

Vee est la tension à amplifier, Vdd est l’alimentation des triggers de Schmitt. En pratique, on soude deux piles boutons de 3 V en série pour avoir une tension d’alimentation Vdd > 5V nécessaire pour le fonctionnement du trigger de Schmitt. Les mêmes piles sont utilisées pour alimenter les deux triggers de Schmitt : un composant contient 4 triggers de Schmitt qui sont reliés aux deux mêmes pattes d’alimentation.

R2 et R3 sont des résistances variables pour avoir plus de flexibilité pour fixer l’amplification réalisée par le hacheur et la fréquence d’oscillation. Une fois la valeur optimale trouvée, on peut les remplacer par des résistances à valeur fixe.

C2 doit pouvoir supporter la tension de sortie de l’ordre de 100V. Il faut veiller à utiliser un matériel adapté : les condensateurs « classiques » ne supportent pas de telles tensions a priori.

Réalisations

Nous avons réussi à obtenir une fréquence d’oscillation minimale de 2 Hz. Elle est facilement ajustable en remplaçant la capacité C3 et/ou la résistance R3.

En ce qui concerne l’amplification, nous avons réussi à amplifier 6V en 60V. On pourrait espérer obtenir une meilleure amplification avec une optimisation des valeurs des composants. Ceci étant, nous avons réussi à obtenir un mouvement satisfaisant à 60V.

Liste des composants utilisés (commandés sur les sites internet indiqués. Dernière consultation 13/06/2016)

– Pile Bouton : http://www.ruedespiles.com/piles-boutons/pile-bouton-3v-cr/pile-cr-2032-varta-3v-lithium-par-1-p-14104.html?ggs&gclid=CO2vyO7wq8oCFRFmGwodXU0Gww
– Relais : http://fr.farnell.com/te-connectivity-axicom/5-1462037-3/relais-de-signal-dpdt-250vac-220vdc/dp/2251783
– Diodes : http://fr.farnell.com/fairchild-semiconductor/1n4149/small-signal-diode-500ma-direct/dp/1651147
– Bobines : http://www.conrad.fr/ce/fr/product/440339/Inductance-Fastron-77A-682M-00-sortie-axiale-6800-H-96-1-pcs
– Condensateurs : http://www.conrad.fr/ce/fr/product/453064/Condensateur-ceramique-10-nF-50-V-10-1-pcs
– Résistance variable : http://www.conrad.fr/ce/fr/product/430730/Trimmer-Piher-PT-10-LH-10K-miniature-linaire-015-W-10-k-220-240-1-pcs?ref=list
– Transistor : http://fr.farnell.com/fairchild-semiconductor/bs170/transistor-mosfet-n-to-92/dp/1017687
– Trigger de Schmitt : http://fr.farnell.com/texas-instruments/cd4093bm/trigger-schmitt-logique-nand-soic/dp/2395910

Tippe Top, la toupie renversante

Méthodes et protocoles

Les programmes Matlab réalisés pendant les PSE sont disponibles sur simple demande par mail:
antoine.rideau@espci.fr
(Impossible d’uploader ce type de fichier sur WordPress)

Moteur Magnéto-hydro-dynamique

Principe

Le principe de base de l’électro-magnéto-hydro-dynamique est relativement simple à comprendre. Les composantes principales en sont les suivantes:
1-Un fluide comportant des particules chargées
2-Un champ électrique
3-Un champ magnétique
L’idée est que l’on va avoir un mouvement des particules selon leur charges par l’action du champ électrique. L’action du champ magnétique va quand à elle dévier les particules en mouvement de manière à les envoyer toutes dans la même direction, on a alors un phénomène de propulsion qui se met en place.

SchemaHMD-1

SchemaHMD-2

SchemaHMD-3

Méthodes et protocole

Pour les expériences réalisées on a utilisé de l’eau salée comme liquide porteur d’ions, des aimants aux néodymes pour créer le champ magnétique et des électrodes de cuivre couplées à un générateur pour le champ électrique.

Dans un premier temps on a conçu une tuyère fermée couplé à un montage qui nous permet de mesurer quantitativement et précisément la force fournie par la tuyère:

Tuyere1HMD

IMG_20150608_144335

Cependant cette expérience nous a avant tout montré que les effets d’électrolyse observés sur les électrodes de cuivres s’accompagnaient d’un dégagement gazeux qui, dans le cadre d’un milieu fermé, rend impossible la prise d’une mesure correcte, on a donc légèrement modifié le montage pour localisé le dégagement gazeux sur seulement l’une des deux branches:

IMG_20160508_111755

Ceci nous a permis de mettre en lumière une première dépendance de la force (hauteur du fluide) par rapport à la tension fournie.

GraphExp1HMD

Expériences

Nous avons suivi une démarche progressive. En effet, trois séries de mesures ont
été menées, ayant nécessité chacune plusieurs bancs d’essais. Le premier non
quantitatif servait à confirmer le principe étudié, les suivants pensés pour
assurer une mesure reproductible s’amélioraient progressivement en fonction des
problèmes rencontrés sur les versions antérieures.

Notre but final était de trouver le point de fonctionnement optimum d’un système
EMHD simple constituant une tuyère. Un modèle de connaissance du montage n’était
pas envisageable, nous avons donc décidé de développer un modèle statistique appris
sur des données expérimentales d’un côté et un modèle simulé par la méthode des
éléments finis que nous souhaitions comparer à la fin de notre étude. Deux
stratégies nous ont d’abord intéressés, une basée sur l’effet Hall simple dans un
liquide, l’autre étant une variante générant un champ E induit en utilisant un
champ B variable. Cette deuxième stratégie s’est vu rapidement abandonnée de par la
faible puissance des champs B créés et la forte dissipation de l’eau de mer.

Nous nous sommes donc focalisés sur un système Electro-Magneto-Statique. Pour les
expériences réalisées on a utilisé de l’eau salée comme liquide porteur d’ions, des
aimants aux néodymes pour créer le champ magnétique et des électrodes de cuivre
couplées à un générateur pour le champ électrique.

Manip 1 :

Dans un premier temps nous avons validé le concept et voulu mesurer les propriétés
d’une tuyère Electro-Magneto-Statique

MK0 : On a pris deux morceaux de métaux inconnus que l’on a mis sous tension au
milieu d’une bobine de type Helmholtz dans une boîte de pétri remplie d’eau salée à
saturation. L’effet a été immédiat et on a ainsi confirmé le fonctionnement de la
manip dans ces conditions.

vlcsnap-2016-05-07-09h45m44s083

vlcsnap-2016-05-07-11h00m50s733

MK1 : Nous avons reproduit les conditions initiales dans la boîte de Pétri remplie
d’eau salée à saturation. Cette fois nous avons utilisé des aimants néodymes et des
électodes de cuivres de mêmes carcatéristiques (composition et surface). En soudant
les éléctrodes aux cables du générateur nous avons évité les problèmes d’oxydation
des pinces croco et assuré un contact éléctrique optimisé. L’écartement variable
entre les deux éléctrodes se fait par un morceau de polystyrène. On observe bien la
création d’un flux de fluide qui cependant se charge rapidement en oxydes de cuivre
empêchant le suivi par tracking. De plus la désolidarisation entre les éléctrodes
et les aimants empêche la reproductibilité de la manipulation.

En conclusion on pense à un système solidarisé par plexiglass découpé au laser à
l’atelier.

Manip 2 :

Nous avons voulu monter une tuyère fermée avec un système de mesure par différence
de pression aval/amont. Selon les plans suivant nous avons donc monté notre
système.

MK2 : Premier système suivant nos plans. On utilise deux éléctrodes de cuivre
encastrées à l’intérieur de la tuyère, le contact avec le générateur se fait au
niveau d’un trou au milieu des éléctrodes. Ce trou doit être étanchéifié par du
silicone comme toutes les jointure de contact entre deux morceaux de plexiglass.
Deux tubes en amont et aval permettent d’obtenir la différence de pression et ainsi
la force appliquée par tuyère. La mise en marche de la tuyère a entrainé son
explosion (perte de l’étanchéité) par le dégagement de H2 au niveau de l’anode. On
assiste de plus à un dégagement mousseux qui empêche la mesure.

DSC_0204

MK3 : On reproduit le dispositif précédent en ajoutant de la pâte conductrice pour
assurer le contact avec le générateur. De plus l’étanchéité est assuré par l’usage
d’une dose nettement supérieure de silicone. La mesure est toujours biaisée par le
dégagement gazeux.

Finalement, la stratégie de tuyère fermée ne semble pas efficiente pour des mesures.

MK4 : On a utilisé une électrode sacrificielle, l’hydrolyse doit être favorisée à
son niveau et elle préserve ainsi les électrodes fonctionnelles de l’attaque. Aucun
résultats positifs n’a été obtenu grâce à cette électrode.

Nous avons à ce moment constaté que nous ne pourrions pas tester différents
écartements à l’aide des montage utilisés, il aurait fallu monter une tuyère pour
chaque écartement (dont l’étanchéité devait être ). Pour étudier ces effets, nous
avons donc réfléchi à un système à géométrie variable.

L’hydrolyse a cependant toujours lieu et par conséquent une partie de la puissance
fournie est perdue par transformation chimique. Il nous est alors apparu évident
que pour optimiser notre systême nous devions isoler les électrodes du liquide.

Manip 3 :

Il s’agissait maintenant de trouver un systême permettant la création du courant
transverse de charges qui permette l’isolement des électrodes de l’eau de mer.

MK5 : On a plastifie à l’aide de scotch deux morceaux de tôles non calibrés mis
dans une boîte de pétri remplie d’eau salée à saturation sous tension au dessus
d’aimants néodymes. On n’observe aucun phénomène. On en déduit que le temps
d’écrantage de nos électrodes est bien inférieur à celui d’évacuation de celles-ci
par effet Hall.

Il faut donc trouver un moyen d’évacuer les charges pour éviter l’écrantage. La
solution à laquelle nous avons pensé est de pratiquer une ouverture dans les
électrodes pour permettre la circulation d’un flux de charges.

MK6 : Nous avons donc plastifié grossièrement au scotch deux tôles de cuivre
plastifiées que nous avons ensuite utilisées dans les mêmes conditions que
précédemment. Nous avons constaté un léger flux qui aurait tendance à encourager
notre stratégie

Il s’agissait maintenant de voir quelles géométries et paramètres de ces nouvelles
électrodes aboutissent à un maximum d’efficacité de notre système.

MK7 : Nous avons donc adapter les plans de MK2/MK3 pour y placer des éléctrodes à
rapports cycliques trous/éléctrodes et périodicités spatiales variables.

IMG_20160408_141320088

Ce montage expérimental s’est trouvé être efficace et robuste. Les mesures ont été
extraites à partir de données vidéos analysables que nous avons traitées.

IMG_20160407_100200705

IMG_20160407_100209794

Traitement des données :

Nos expériences, pour celles que nous avons considérées suffisament reproductibles,
ont été prises en vidéo par une caméra et enregistrées par PYLON. Nous avons
ensuite utilisé le module MATLAB PIVlab pour en extraire le champ des vecteurs
vitesse. La présence de poussière dans le sel et les oxydes de cuivre assurent un
bon suivi de la vitesse par PIV (Particular Imagery Velocity). Cependant les oxydes
coulant, la vitesse mesurée n’est pas celle de la totalité du flux. On apperçoit
ainsi plusieurs vitesses pour les particules, on a considéré que le résultat en
était une moyenne. Une fois les données extraites, il nous a alors été possible de
les analyser sous MATLAB pour en extraire les tendances et les données
statistiques.

FigureVitesse

Profil des vitesses en sortie de la tuyère

P1-P2-P3

EvolutionVitesseSaliniteP1

EvolutionVitesseSaliniteP2

EvolutionVitesseSaliniteP2

Conclusion

Notre but était d’optimiser un système Electro-Magnéto-Hydro-Dynamique pour de l’eau de mer. Nous avons commencé par établir un modèle et nos premières expériences nous ont montrées que notre principal problème était l’attaque des électrodes par électrolyse. Après plusieurs essais infructueux (graphite, électrodes sacrificielles), nous avons choisi comme solution de pratiquer des ouvertures dans des électrodes vernissées pour s’affranchir de l’electrolyse en évitant toutefois les problèmes d’écrantage.

Nous voulions alors monter une expérience reproductible qui nous aurait permis d’étudier les 5 paramètres dont nos premières manipulations nous ont montré l’importance.

Nous avons réussi à dresser un protocole assurant la reproductibilité de nos expériences. Cependant une série de mesures prenant 54 vidéos pour un total d’environ 24 heures de traitement ne nous a pas permis l’étude statistique attendu. En parallèle, l’application de la méthode des éléments finis pour simuler notre système n’a pas abouti en raison de notre impossibilité à transcrire la forme de l’excitation dans le langage utilisé.

Finalement notre étude confirme que l’optimisation de tranfert de puissance Electro-Magnéto-Hydro-Dynamique se fait lors de la maximisation du champ électrostatique et de la salinité de l’eau de mer tout en limitant dans la mesure du possible les pertes physico-chimiques.

Ainsi, nous recommandons dans la poursuite de ce projet une étude plus approfondie de l’écrantage des charges dans les électrodes.

Allée tourbillonnaire en écoulement circulaire: le mémoire de Von Karman


Matériel et méthodes

Le projet a consisté en deux approches différentes:

  • Expérimentale utilisant une cuve remplie d’eau mise en rotation dans laquelle évolue un obstacle cylindrique
  • Numérique afin de valider les hypothèses de l’expérience, mais aussi pour tenter de prévoir

Ce projet s’est étalé sur une année à l’ESPCI Paris. Il représente, mis bout à bout, presque un mois de travail quotidien.


Matériel


Approche expérimentale

Matériel utilisé

  • Cuve cylindrique de 90 cm de diamètre sur 40 cm de profondeur [photo]
  • Moteur relié au socle de la cuve
  • Variateur permettant un contrôle de la vitesse de rotation du moteur
  • Structure métallique permettant de suspendre le mobile dans le cuve
  • Cadre immergé dans l’eau et supportant le mobile ainsi qu’une partie du montage optique
  • Mobile [dessin + photo]
  • Matériel d’acquisition video
  • Pousses-seringue
  • Fluorescéïne
  • Particules pour la PIV (polyamide)
  • Montage optique (3 miroirs + supports orientables)
  • Pointeur laser bleu et laser 1W vert

Dessin du mobile


Méthodes


Acquisitions

Suivi par fluorescence :

  • Suivi des lignes d’émission par injection d’un traceur fluorescent dans la couche limite aux abords de l’obstacle
  • Mise en mouvement de la cuve (>1h afin d’obtenir un régime le plus stationnaire possible)
  • Réglage du laser bleu et des miroirs afin d’obtenir une nappe laser au niveau des pores d’injection du traceur
  • Réglage du temps d’exposition de la caméra (~300 ms)
  • Mise en marche des pousse-seringues (0,5 mL/min)
  • Arrêt après 3-4 tours pour diluer la fluorescéïne

Réalisation d’une PIV :

  • Suivi des lignes de courant par PIV (Particle Image Velocimetry) par suivi numérique de particules réfléchissantes dans l’écoulement
  • Mise en mouvement de la cuve (~30 min avc agitation manuelle) afin d’obtenir un régime le plus stationnaire possible
  • Réglage du laser vert (Attention, très puissant) et des miroirs afin d’obtenir une nappe laser ni trop près de la surface, ni trop en profondeur
  • Réglage temps d’exposition de la caméra (< 100 ms)

Simulation numérique par éléments finis :

  • Simulation numérique du système par méthode des éléments finis
  • Utilisation du code inspiré de celui de Prof. Fermigier (PMMH, UMR 7636 CNRS, ESPCI Paris)
  • Choix des paramètres géométriques
  • Choix du Reynolds
  • Choix du pas spatial et du pas temporel
  • Choix de la précision des données à exporter
  • Calcul… ~ 4h par simulation

Traitement numérique

Traitement des données sur Matlab :

  • Utilisation du module PIVlab intégré de Matlab pour exporter le champ de vitesse des données de la PIV. (~ 4h par set de 5000 images – 4,6 Mo par image haute résolution)
  • Rédaction de différentes fonctions:
    • Détection des repères géométriques de la cuve et de l’objet pour mettre à l’échelle les images
    • Détection et suivi des tourbillons avec calcul de l’amplitude de vorticité et de la trajectoire. (~ 10 min par set de 100 images)
    • Affichage de la vorticité et exportation au format video
  • Exploitation des données récupérées


Fonctionnement du psimulationogramme de suivi des Vortex.

Simulation du système réel par élément fini.

Simulation du système présentant un mode propre.

Le premier fichier présente la méthode des éléments finis.
simulation

Le second le code utilisé (inspiré de celui de Prof Marc Fermigier).
BVK_cylindrique

Les fichiers suivants sont les codes sources des programmes entièrement rédigés pour le traitement des données expérimentales.
Le plus important étant celui qui effectue la reconnaissance, le suivi et la récupération des données du tourbillons (vorticité moyenne, abscisse curviligne…).
followVortex
Programme de suivi des tourbillons.
detectVortex
Programme de détection des tourbillons.
getCloserCell
Sous programme de detectVoxtex.
main
Programme principal.
scanfile
Programme de récupération automatique des données.
scale
Programme permettant la mise à l’échelle.
getVortexPara
Programme de récupération des donnés dans un tourbillons.
panorama_avi
Programme exportant une vidéo de la série de données.
formatData
Programme de mise en forme des données.
detectCenter
Programme de reconnaissance de forme afin d’obtenir la position et l’échelle à partir de l’image de l’obstacle.
analyseField
analyseVortex
Sous-programmes de traitement.

Les Eaux Mortes

Introduction

Nous avons travaillé plusieurs semaines réparties sur une année pour comprendre et reproduire le phénomène des eaux mortes.

Méthode et résultats

Expérience

Dans l’hypothèse où vous voudriez reproduire cette expérience, nous vous donnons quelques informations utiles dans la suite de ce document.

Matériel nécessaire pour réaliser le projet

  • Cuve en plexiglas (10 cm de large, 40 cm de haut, 150 cm de long) (http://www.acrylium.com) – 300 €.
  • Bateau Playmobil® (environ 40 g, 6 cm de large, 4 cm de haut, 15 cm de long) (http://www.playmobil.fr/vacancier-avec-bateau/6795.html) – 5 €.
  • Colorant alimentaire (favoriser le vert et le rouge) – 5 €.
  • Sel – 1 kg.
  • Makeblock® (pour le système de traction qui porte les poulies) – 30 €.
  • Fil inextensible nylon – 3 €.
  • Polystyrène + tube de 1 cm de diamètre.
  • Réservoir (bidon + robinet).
  • Éclairage nappe LED (éclairer l’arrière de la cuve pour un meilleur contraste).
  • Petites masses précises (quelques grammes, utiliser des vis par exemple).
  • Pompe (pour vider la cuve).

Les prix, marques et liens ne sont donnés qu’à titre indicatif.

Protocole expérimental

  1. Mettre du sel dans la cuve (1 kg pour 20 L).
  2. Mettre de l’eau dans la cuve (environ 10 cm de hauteur).
  3. Mélanger pour obtenir une phase d’eau salée homogène.
  4. Installer le système hydraulique pour faire la deuxième phase (eau non salée) (polystyrène à la surface, tubes percés, bidon d’eau colorée ouvert).
  5. Laisser couler l’eau colorée à faible débit pour former la deuxième couche (moins dense). Cette étape est longue, compter une heure pour former une couche de 5 cm.
  6. Retirer délicatement le système hydraulique pour ne pas mélanger les deux couches.
  7. Installer le système de traction (deux poulies, fil nylon, poids de chaque côté pour équilibrer et tendre le fil). Penser à rincer les poulies à l’eau douce pour retirer le sel.
  8. Attacher à chaque extrémité du bateau Playmobil® le fil nylon.
  9. Placer le bateau à une extrémité du système et laisser reposer les deux couches pendant une dizaine de minutes.
  10. Introduire une différence de poids entre les deux extrémités (pour induire une force de traction constante).
  11. Observer et ajuster au besoin la force de traction.

Difficultés expérimentales

Les deux principales difficultés que vous pouvez rencontrer pendant cette expérience sont la création des deux couches de densités différentes et les problèmes de frottements irréguliers dans les poulies qui peuvent faire varier la vitesse du bateau.
Pour le remplissage, nous vous conseillons d’ajouter la deuxième couche très lentement à l’aide du système de remplissage polystyrène/tuyaux percés/bidon décrit précédemment. Une fois la bicouche en place, le système peut rester au repos une journée avant que la diffusion trouble l’interface.
Utilisez des poulies avec roulement à billes et nettoyez les abondamment avant et après chaque utilisation du montage pour éviter que le sel bloque les roulements.

Observations

Vidéo du phénomène

Diagramme spatio-temporel de la position du bateau corrélée à la position de la vague

Ce diagramme spatio-temporel résume bien le phénomène que l’on cherche à observer.

Position du bateau corrélée à la position de la vague

Position du bateau corrélée à la position de la vague

On trouve en abscisse le temps et en ordonnée la position du bateau (ligne rouge) par rapport à celle de la vague (bande jaune). La pente de la courbe rouge donne une indication sur la vitesse du bateau.

  • Zone 1 : pente constante, le bateau se déplace à une vitesse constante et la vague le suit.
  • Zone 2 : la vague rattrape le bateau, le bateau ralenti et la vague s’écrase sous le bateau (bande jaune plus étroite et devant la ligne rouge).
  • Zone 3 : le bateau accélère et une vague se reforme derrière lui.
  • Zone 4 : on retrouve ce que l’on observe dans la zone 1.

Conclusion

Nous avons reproduit le phénomène en laboratoire et étudié plusieurs paramètres influençant la vitesse du bateau. Une technique pour échapper aux eaux mortes consiste à dépasser la vitesse seuil caractéristique du phénomène.

Bibliographie

  • Matthieu Mercier, Étude expérimentale de la génération de structures linéaires et non-linéaires (solibores, solitons) en milieu stratifié, 2010.
  • V.W.Ekman, On dead water, Norw. N. Polar Exped. 1893-1896 : Sci Results, XV, Christiana. PhD thesis, 1904.
  • F. Nansen, Farthest north : The epic adventure of a visionary explorer, Skyhorse Publishing, 1897.
  • A. E. Gill, Atmosphere-ocean dynamics, Academic Press (London), 1982.

Nous tenons à remercier toute l’équipe encadrante des PSE qui nous a permis de mener à bien ce projet.

Annexes

Vous trouverez ci-dessous les codes Matlab utilisés pour le traitement des vidéos.

EauxMortes.m
SeuilOtsu.m

Cristaux Colloidaux

Préparation solution de colloïdes

On prépare des solutions de concentrations variables à l’aide d’une solution mère Dynabeads MyOne Carboxylic Acid.
On la dilue avec de l’eau distillée et un peu de liquide vaisselle.
Dilution typique = 20 µL de colloïdes dans 470 µL d’eau et 10 µL de liquide vaisselle.

Préparation plaque

Matériel
Une lame de microscope en verre
une lamelle
Pipette 2 µL
Liquide vaisselle
Solution de colloides préparée ( solution-mère Dynabeads MyOne Carboxylic Acid )
Graisse

Méthode:

1. La lame et la lamelle sont lavés proprement avec le liquide vaisselle pour éliminer les impuretés à la surface ( à faire avec des gants pour ne pas rajouter de graisses à la surface )
2. On dépose 2 µL de solution de colloides à la surface de la lame
3. On pose la lamelle par dessus
4. On étanchéifie les bords de la lamelle avec de la graisse
5. On attend que l’équilibre liquide vapeur de l’eau soit atteint à l’intérieur de la lamelle et qu’il n’y ait plus d’évaporation ( environ 30 min)

Mesures

Matériel
La plaque préparée
Une bobine creuse au centre ( dans notre cas bobine diamètre 7,2 cm, inductance 7,2 µH
Microscope ( dans notre cas un Motic AE 2000 Series , objectif x40, oculaire x10 grossissement total x400 , les images sont prises avec une caméra Thorlabs DCC3240M )
Une alimentation stabilisée ( 0 – 6 A )

Méthode
La plaque est placée sur la platine du microscope, la bobine par dessus, de sorte à laisser passer la lumière.
On enregistre ensuite les vidéos/photos à l’aide de la caméra.
Attention : la bobine peut chauffer fortement pendant ces expériences.

Electrospray sur liquide

Clinamen

Protocoles et Méthodes

Méthodes & Protocoles

Photos descriptives du montage :

IMAG0340

IMAG0305

IMAG0307

IMAG0308

IMAG0315

IMAG0320

IMAG0322

IMAG0324

IMAG0329

IMAG0334

IMAG0336

IMAG0340