Bionique  

Bionique : petit observatoire des inventions de la nature

Gouttes

Dans la goutte de pluie qui pend sous cette baie d’arbuste, vous pouvez voir la forme des feuilles et reconnaître le nom de cet arbuste des haies dont les baies noires, toxiques pour les humains, sont appréciées des oiseaux.

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Goutte d’eau sur une druppe
Sur la toile d'araignée, les gouttes sont minuscules et sur le brin d'herbe la goutte est prête à dégringoler.  JPEG - 14.9 ko
Gouttes de tailles diverses
Sur la toile d’araignée, les gouttes sont minuscules et sur le brin d’herbe la goutte est prête à dégringoler.

La pluie, la rosée, les brumes et les brouillard et fumées de mer se déposent en gouttes et gouttelettes sur les plantes et les insectes avant de tomber ou de s’évaporer.

Les gouttes de rosée formant loupe, on distingue les poils minuscules de la feuille d'herbe.  JPEG - 35.9 ko
Gouttes de rosée
Les gouttes de rosée formant loupe, on distingue les poils minuscules de la feuille d’herbe.

Quand deux gouttes se rencontrent, elles fusionnent. C’est ce qu’on appelle la coalescence.

Les gouttes, sphères de liquide, finissent par tomber ou s’évaporer alors que les gouttes, remplies de gaz, ont tendance à monter, qu’elles soient dans l’eau ou dans l’air.

La goutte va bientôt tomber à cause de son poids.  JPEG - 18 ko
Goutte de pluie sur un rameau
La goutte va bientôt tomber à cause de son poids.

Une goutte, en physique, est la forme que prend une petite quantité de liquide lorsque la tension de surface (ce qu’on appelle la tension superficielle) est prépondérante.

D’aussi près que l’on observe l’eau, il est impossible d’en voir les particules les plus fines. Comme tout ce qui existe sur terre, l’eau est constituée d’unités de matière très petites appellées molécules. Les molécules d’eau s’accrochent les unes aux autres comme de minuscules aimants. Les molécules de surface sont liées entre elles par une force que l’on appelle tension superficielle. C’est elle qui oblige la surface à se retracter sous la forme d’une sphère. La sphère s’étale en raison du poids de la goutte mais la tension superficielle maintient l’eau sous la forme d’une goutte, comme si celle-ci était enfermée dans une peau élastique.

Des gouttes de nectar, juste à la taille des insectes qui vont s’en nourrir, sur Hoya carnosa, plante liane grimpante.

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Gouttes de nectar

Cette goutte d’eau de mer, au bout du chas d’une aiguille d’acier, nous fait observer de minuscules organismes, le micro-plancton, un des premiers maillons de la chaîne alimentaire.

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Plancton dans une petite goutte d’eau de mer

La coccinelle Coccinella septempunctata , comme d’autres insectes, s’abreuve aux gouttes de pluie ou de rosée, accrochées sur les tiges ou les feuilles des plantes.

Coccinelle vient du latin coccinus« écarlate », de la couleur des élytres de ce coléoptère.  JPEG - 41.4 ko
Boisson de coccinelle
Coccinelle vient du latin coccinus« écarlate », de la couleur des élytres de ce coléoptère.
Les gouttes de liquide sont juste à la taille des insectes pour qu'ils puissent s'abreuver.  JPEG - 81.4 ko
Mouche verte buvant la goutte
Les gouttes de liquide sont juste à la taille des insectes pour qu’ils puissent s’abreuver.

Une goutte d’eau sur la feuille hydrophobe du lotus Nymphaea caerulea ou Nelumbo nucifera, c’est ce que l’on appelle « l’effet lotus » et qui a inspiré, par exemple, le traitement des verres de lunettes pour empêcher la buée ou les gouttes de pluie, génant la vision, de s’y déposer.

Ainsi les gouttes de pluie ou de rosée gardent une forme sphérique au lieu d'imbiber la feuille.  JPEG - 66.3 ko
Les feuilles des plantes sont hydrophobes
Ainsi les gouttes de pluie ou de rosée gardent une forme sphérique au lieu d’imbiber la feuille.

Electricien et photographe, Harold Edgerton en 1926, met au point le stoboscope, un tube contenant du xénon, capable de produire des éclairs de forte intensité et de durée extrémement brêve, de l’ordre d’un millionème de seconde. Cet appareil qui décompose le mouvement à l’aide d’une suite d’images fixes, lui permet de réaliser l’image de l’impact en forme de couronne suite à la chute d’une goutte de lait.

Harold Edgerton est pionnier dans la photographie de la chute d'une goutte, visualisant la forme en couronne de l'impact de cette goutte de lait.  JPEG - 10 ko
La chute d’une goutte de lait
Harold Edgerton est pionnier dans la photographie de la chute d’une goutte, visualisant la forme en couronne de l’impact de cette goutte de lait.

Lorsqu’une goutte (petite quantité de liquide dont la tension de surface est importante, est en mouvement, sa forme est beaucoup plus compliquée et dépend de la géométrie. Ainsi, une goutte qui tombe d’un robinet aura une forme de larme avant de se détacher et de prendre une forme sphérique.
Pour une goutte d’eau de faible dimension (typiquement 1 mm), la tension de surface (ou tension superficielle) est la force dominante.

En astronomie, le phénomène de la goutte noire est un effet optique observé lors du transit de Vénus le 8 juin 2004.

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Observation de la goutte noire de Vénus

Les gouttes de liquide sont une des inventions de la nature et, probablement en observant leurs caractéristiques physiques, des humains ont mis au point le compte-goutte, l’effet lotus, les filets à nuages, l’arrosoir etc...

Croquis de la formation d'une goutte froide dans un orage.  PNG - 86.4 ko
Goutte froide en méteorologie
Croquis de la formation d’une goutte froide dans un orage.

DES LIVRES, au sujet des gouttes, à commander chez votre libraire ou bien à consulter dans les bibliothèques de prêt :

  • « Gouttes, bulles, perles et ondes » de Pierre-Gilles de gennes, Françoise Brochard-Wyart et David Quéré, chez Belin, 2002. sujet : capillarité, mouillage (chimie des surfaces), gouttes.
    Ouvrage de Pierre-Gilles de gennes, Françoise Brochard-Wyart et David Quéré, edition Belin, collection « Echelles ».  JPEG - 24.2 ko
    Gouttes, bulles, perles et ondes
    Ouvrage de Pierre-Gilles de gennes, Françoise Brochard-Wyart et David Quéré, edition Belin, collection « Echelles ».
  • « Qu’est-ce qu’une goutte d’eau ? » de David Quéré, Edition Le pommier, 2003, collection « Les petites pommes du savoir ». Qu’est-ce qu’une goutte d’eau ? D’abord, quelle est sa forme : ronde ou pointue ? Ou les deux à la fois ? Et en quoi cette question a-t-elle un rapport avec nos produits de maquillage, nos immeubles ou nos examens médicaux ? Quelles surprises ce petit objet familier et mou nous réserve-t-il donc ? David Quéré directeur de recherche au CNRS travaille au laboratoire de la matière condensée au Collège de France.
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    Qu’est-ce qu’une goutte d’eau ?
  • « Voyage d’une goutte d’eau » de Pierre Kohler, Encyclopédie Fleurus, Ecole active, 1997.
    Ouvrage de Pierre Kohler, encyclopédie Fleurus.  JPEG - 26.2 ko
    Voyage d’une goutte d’eau
    Ouvrage de Pierre Kohler, encyclopédie Fleurus.

ENREGISTREMENTS SONORES :
Histoire d’une goutte d’eau de Fernand Deroussen, collecteur de sons, Editeur : Origins, 1993, collection « Le monde merveilleux des sons de la nature ». Deux fauvettes avant l’orage. L’orage gronde. Pluie d’orage. Pluie en forêt. Pluie et crapaud alyte. Crapaud alyte en concert. Ecoulement d’une gouttière. Gouttelettes d’un toit. Les gouttes s’écoulent. Petit ruisseau. Rivière et rouge gorge. La rivière sous le pont. Fontaine à 4 heures du matin. Rivière et grillons champêtres. Rossignol et cascade. Bergeronnette des ruisseaux
Cascade dans les Vosges. Source de Loue. La rivière continue sa route. Cincle plongeur. Deux martins pêcheurs. Traversée du marais. La mer termine le voyage
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