Dans le monde scientifique, la centrifugeuse est un outil familier, utilisé pour séparer les composants des fluides par la force centrifuge. Une initiative récente de Maurice Mikkers, un artiste néerlandais, a révélé que notre compréhension de la physique des fluides est loin d’être complète. En intégrant une caméra dans une centrifugeuse, il a révélé des phénomènes inattendus.
Une percée inattendue émerge de l’intersection entre l’art et la physique. Maurice Mikkers, un artiste néerlandais, a transformé une centrifugeuse de laboratoire en un studio de cinéma miniature, révélant des phénomènes fluidiques jamais observés auparavant. Pour réaliser ce projet, il s’est associé à des chercheurs de l’Université de Twente, également aux Pays-Bas.
Cette innovation, capturant des images fascinantes de fluides en rotation, ouvre de nouvelles perspectives, notamment dans les secteurs pharmaceutique et alimentaire, où la compréhension fine de ces processus est cruciale. Mikkers a présenté ses recherches lors de la réunion annuelle de la Division de dynamique des fluides de l’American Physical Society à Washington DC, le 19 novembre de cette année.
L’origine d’une idée innovante
Mikkers, avec un passé de technicien de laboratoire, a toujours été intrigué par le processus de centrifugation, un procédé courant pour séparer les composants des fluides. Cette fascination l’a conduit à se demander à quoi ressemblerait la séparation des fluides vue de l’intérieur de la machine. Il a alors envisagé de créer un système capable de capturer des images directement depuis l’intérieur d’une centrifugeuse en action.
Cependant, réaliser une telle prouesse n’était pas sans défis. En effet, les centrifugeuses génèrent des forces extrêmes pouvant aller jusqu’à 2500 fois la gravité terrestre. Dans un tel environnement, les équipements électroniques standards ne peuvent survivre, rendant la tâche de Mikkers particulièrement ardue, comme il l’explique dans un article de Medium.
Pour relever ce défi, il a dû innover et adapter la technologie existante. Il s’est tourné vers l’impression 3D, permettant de créer des pièces sur mesure qui pourraient résister aux conditions extrêmes à l’intérieur de la centrifugeuse. En utilisant cette technique, Mikkers a fabriqué des composants spéciaux, y compris un boîtier pour la caméra, capables de supporter les forces centrifuges intenses.
La caméra elle-même a été soigneusement sélectionnée et modifiée pour fonctionner dans ces conditions difficiles. Elle était alimentée par des batteries spécialement conçues pour fournir une alimentation stable et durable, malgré les contraintes de l’environnement. En outre, Mikkers a dû s’assurer que la caméra puisse capturer des images de haute qualité, malgré les mouvements rapides et les vibrations intenses. Ce projet, alliant ingénierie, art et science, a non seulement démontré la faisabilité technique de filmer à l’intérieur d’une centrifugeuse, mais a également ouvert la voie à de nouvelles méthodes d’exploration des phénomènes physiques.
Des tourbillons mystérieux remettant en cause les modèles
Lorsque Mikkers et son équipe de l’Université de Twente ont visionné pour la première fois les images capturées par la caméra intégrée dans la centrifugeuse, ils ont été confrontés à des résultats inattendus, défiant les connaissances conventionnelles.
Au lieu de la séparation fluide et graduelle typiquement attendue, les images révèlent un scénario bien plus chaotique. Les fluides, au lieu de se séparer calmement, forment des tourbillons et des vortex intenses. Cette observation est d’autant plus surprenante qu’elle se produit même avec des fluides relativement simples, comme de l’eau contenant des particules en suspension. Ces tourbillons ne sont pas de simples remous, mais des mouvements complexes et dynamiques, suggérant des interactions fluidiques beaucoup plus compliquées que ce que la théorie classique prévoit.
Ces découvertes ont poussé Mikkers et son équipe à reconsidérer les principes fondamentaux de la séparation des fluides en centrifugation. Les théories existantes ne peuvent pas expliquer la formation de ces structures tourbillonnaires complexes. Les chercheurs ont donc entrepris d’analyser ces phénomènes en profondeur. Ils ont utilisé des simulations informatiques pour tester différentes hypothèses sur l’origine de ces tourbillons.
Une des premières idées écartées fut celle des variations de température au sein du fluide, qui ne semblaient pas suffisantes pour expliquer la formation des vortex observés. L’équipe s’est alors tournée vers d’autres facteurs potentiels, comme les vibrations mécaniques de la centrifugeuse elle-même. Ils ont commencé à soupçonner que même de légères secousses, inhérentes au fonctionnement de la machine, pourraient être responsables de ces mouvements fluidiques inattendus.
Au-delà de la curiosité scientifique
Cette hypothèse, si elle est confirmée, pourrait non seulement éclairer un aspect méconnu de la dynamique des fluides en centrifugation, mais aussi conduire à des améliorations dans la conception et l’utilisation des centrifugeuses dans divers domaines scientifiques et industriels (alimentaire et pharmaceutique par exemple). En effet, dans ces secteurs, la centrifugeuse est essentielle pour purifier et séparer les composants des produits, comme dans la production de vaccins ou la clarification de jus de fruits.
Si ces tourbillons entraînent un mélange des composants qui devraient être séparés, cela peut réduire l’efficacité de la centrifugation, augmenter les coûts de production et même compromettre la qualité du produit final.
Mikkers, conscient de l’impact potentiel de sa découverte, envisage d’élargir le champ de son projet à une plus grande variété de fluides et de conditions de centrifugation. L’objectif est double : d’une part, approfondir la compréhension scientifique des phénomènes observés, et d’autre part, transformer cette initiative en une plateforme éducative et de recherche.
Mikkers souhaite rendre ces découvertes accessibles et compréhensibles, non seulement pour la communauté scientifique, mais aussi pour le grand public. En partageant son étude, il espère stimuler l’intérêt pour la science et peut-être inspirer de futures innovations.
VIDÉO : Intérieur de la centrifugeuse et mouvement fluidique inédit dans une solution de saccharose. © Maurice Mikkers