Des physiciens résolvent le paradoxe de Léonard

Un duo de chercheurs a annoncé avoir résolu un mystère scientifique tenace. Observé et décrit par Léonard de Vinci à la Renaissance, celui-ci taraudait les physiciens depuis des siècles.

Mystère tenace

Le paradoxe de Léonard porte sur la façon dont les bulles d’air forment des zigzags ou des spirales lorsqu’elles s’élèvent dans l’eau. Si le célèbre polymathe italien n’avait pas été en mesure d’expliquer pourquoi les bulles se déplaçaient de cette manière, au lieu de remonter de façon rectiligne, comme la physique le suggère, il avait établi une corrélation entre leur taille et leur mouvement : ces comportements inattendus ne se produisaient que lorsqu’une bulle atteignait un rayon sphérique d’environ 1 millimètre.

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Au cours des siècles suivants, de nombreux chercheurs étudiant la dynamique des fluides avaient tenté d’élucider ce mystère de la physique, sans parvenir à trouver une explication satisfaisante.

Dans le cadre de travaux publiés dans la revue PNAS, deux chercheurs des universités de Séville et de Bristol ont utilisé un cadre mathématique pour simuler l’élévation des bulles d’air dans l’eau, et calculé que celles-ci devenaient instables dès qu’elles atteignaient un rayon critique de 0,926 millimètre.

Un examen appronfondi du phénomène à l’aide d’une technique d’imagerie avancée a montré qu’il était dû à la pression de l’eau entourant les bulles, provoquant de subtiles déformations de leur forme à l’origine du mouvement d’oscillation.

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Un consensus quantitatif avec des mesures de haute précision de l’instabilité

« Il est établi depuis la Renaissance qu’une bulle d’air s’élevant dans l’eau dévie de sa trajectoire droite et régulière pour effectuer un mouvement périodique en zigzag ou en spirale une fois qu’elle dépasse une taille critique », écrivent les chercheurs.

« Pourtant, l’ascension instable des bulles a longtemps résisté à la description quantitative et le mécanisme physique en jeu contesté. En utilisant une technique de cartographie numérique, nous parvenons pour la première fois à un consensus quantitatif avec des mesures de haute précision de l’instabilité. »

Les auteurs de l’étude estiment que l’approche utilisée pour mettre en évidence un tel mécanisme ouvre la voie à une étude plus approfondie des « petites perturbations, présentes dans la plupart des contextes pratiques, influençant une particule quelque part entre le solide et le gaz ».

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