Le ressaut hydraulique revu et corrigé
Lorsque vous faites couler le robinet dans votre évier, vous avez peut-être remarqué que l’eau forme une nappe très mince et lisse sur le fond de l’évier, à la base du jet. Puis, à une distance de quelques centimètres de celui-ci, cette nappe disparaît dans un bourrelet d’eau turbulente : c’est le ressaut hydraulique. Depuis un siècle, les physiciens pensaient que la position du ressaut était déterminée principalement par la gravité. Cependant, Rajesh Bhagat, de l’université de Cambridge, et ses collègues proposent un nouveau modèle basé sur la tension de surface et la viscosité pour expliquer ce phénomène.
C’est au XVIe siècle que Léonard de Vinci consigna les premières observations connues du phénomène de ressaut hydraulique. Il faut attendre 1914 pour que le physicien anglais lord Rayleigh en donne une première explication. Au cours du XXe siècle, plusieurs théories ont été avancées, où la gravité joue un rôle central.
En effet, quand l’épaisseur du fluide est très faible, comme c’est le cas dans l’évier, la vitesse des ondes de surface (les vagues) correspond à celle des ondes dites de gravité. Leur vitesse est égale à la racine carrée de la hauteur d’eau multipliée par l’accélération de pesanteur (notée g et qui vaut environ 9,8 mètres par seconde au carré). Près du jet, la vitesse de l’eau est plus grande que celle les ondes de gravité, mais en s’éloignant du jet, la nappe d’eau ralentit. Après quelques centimètres, sa vitesse devient égale à celle des ondes de gravité : c’est là que se forme le ressaut. C’est donc la gravité, qui, en contrôlant la vitesse des ondes de surface, détermine la position du ressaut. C’est du moins ce que l’on pensait…
Dans le cadre de sa thèse, Rajesh Bhagat étudiait le nettoyage de surfaces par des jets de fluide. Dans ce contexte, il fut amené à travailler avec des surfaces planes mais inclinées, voire verticales. Dans ces derniers cas, la forme du ressaut restait inchangée par rapport à l’horizontale ! Un résultat incompréhensible si la gravité est bien le facteur dominant…
