Jésus et la Maïzena – Science étonnante

Si vous aimez un peu la cuisine ou les patouilles, vous avez très certainement une notion intuitive de ce qu’est la viscosité d’un fluide. L’eau est plus visqueuse que l’air, le sirop de canne est plus visqueux que l’eau, le miel est plus visqueux que le sirop de canne, etc.

Mesurer la viscosité

Une manière de quantifier la viscosité d’un liquide, c’est d’essayer de le touiller à une certaine vitesse, et de regarder la résistance qu’il oppose. En pratique si on trace la résistance au touillage en fonction de la vitesse de touillage. on obtient des courbes de ce genre là :

Pour ces fluides simples, la résistance au touillage est proportionnelle à la vitesse de touillage et le coefficient de proportionnalité n’est autre que la viscosité.

Viscosité = Résistance / Vitesse

Quand la résistance est proportionnelle à la vitesse, la viscosité est constante, et les fluides sont appelés fluides newtoniens.

Au pays des fluides non-newtoniens

Certains fluides plus complexes ont un comportement qui diffère de cette relation de proportionnalité, on les appelle logiquement les fluides non-newtoniens. La peinture et la maïzena en sont deux exemples intéressants : si on touille ces fluides et qu’on mesure la relation résistance/vitesse, on n’obtient plus une belle droite.

Portés sur le diagramme précédent, on aurait des courbes de ce genre :

On voit que quand on touille la peinture à vitesse élevée, la résistance au touillage n’augmente plus tant que ça. C’est-à-dire qu’en pratique la viscosité de la peinture diminue quand on la touille : on dit que la peinture est rhéo-fluidifiante.

Pour la maïzena (diluée dans de l’eau), c’est le contraire : quand on la touille elle se met à opposer une résistance de plus en plus grande, sa viscosité augmente, on dit qu’elle est rhéo-épaississante.

Les mains à la pâte

Les fluides non-newtoniens permettent de faire des choses utiles et amusantes. Par exemple dans le cas de la peinture, c’est utile qu’elle soit fluide quand on la touille avec le pinceau, mais c’est très pratique qu’elle redevienne visqueuse quand l’agitation cesse : comme ça elle reste en place sur le mur au lieu de dégouliner.

Avec la maïzena, ça peut être beaucoup plus fun. Par exemple, vous pouvez vous-même préparer un mélange rhéo-épaississant pour faire des expériences : 1 volume de maïzena pour 2 volumes d’eau.

Le fluide que vous obtenez ainsi doit être assez liquide au repos, mais si vous commencez à le manipuler et à le triturer, il se viscosifie ! Suivant les sollicitations qu’on lui applique, il se comporte soit comme un liquide ou soit quasiment comme un solide.

Vous pouvez ainsi pétrir une forme qui à l’air à peu près solide, et dès que vous vous arrêtez, elle se met à couler. Voir par exemple cette vidéo :

[youtube=http://www.youtube.com/watch?v=BmL2WEOmEDw]

Pour des choses encore plus drôles, on peut verser un peu de ce « liquide » sur un haut-parleur (qu’on souhaite sacrifier) et envoyer du son à fréquence assez basse (environ 50Hz). Et voilà ce qu’on peut observer :

[youtube=http://www.youtube.com/watch?v=3zoTKXXNQIU]

Sous l’effet des vibrations induites par le son, le liquide se solidifie et se met à créer ces dendrites sympathiques.

Et pour aller encore plus loin, vous avez pu voir sur la première vidéo que si on essaye de taper violemment sur la surface du liquide, aucune goutte n’est projetée car celle-ci se solidifie instantanément sous l’effet du choc. Ca peut permettre de faire des piscines amusantes : si on s’y laisse glisser doucement, on coule, mais si on marche vigoureusement, la surface réagit comme un solide.

[youtube=http://www.youtube.com/watch?v=f2XQ97XHjVw]

Alors amusez-vous bien avec la Maïzena, et peut être vous aussi, vous pourrez (presque) marcher sur l’eau…

Pour les puristes, dans ce texte il faut bien sûr remplacer « Vitesse de touillage » par « Taux de cisaillement » et « Résistance au touillage » par « Contrainte de cisaillement »…