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Des scientifiques ont involontairement créé un son d’un puissance capable de former un trou dans l’eau. Leur recherche pourrait avoir son utilité dans l’étude des lasers.

Dans l’atmosphère terrestre, les sons sont des vibrations se propageant sous forme de vagues de pression et qui sont traduites par notre ouïe. Mais la présence d’air n’est pas forcément nécessaire, car il est également possible d’en produire à travers les fluides. Le meilleur moyen d’en émettre dans ce type de milieu est l’utilisation de lasers. C’est ce qu’affirment des chercheurs du laboratoire national de l’accélérateur SLAC à Stanford, en Californie.

Leur objectif était initialement d’observer les effets, sur de minces jets d’eau, d’un laser à rayons X émettant des impulsions ultra-rapides. Ils ont utilisé un type de rayon X uniquement disponible dans leur laboratoire, qu’ils ont projeté à travers un jet d’eau deux fois moins épais qu’un cheveu humain.

Le faisceau de rayons X, encore plus fin que le jet d’eau, projetait en quelques nanosecondes des impulsions qui, une fois en contact avec l’eau, formaient des ondes de choc qui pouvaient causer la propagation d’une pression acoustique correspondant à plus de 270 décibels (dB), un niveau particulièrement effrayant sachant qu’à partir de 120 dB, des douleurs au niveau des oreilles commencent à se faire ressentir. Pour en donner une idée, le volume de la musique dans la plupart des boîtes de nuit avoisine les 100-110 dB. Heureusement, l’expérience fut inaudible car réalisée dans une chambre à vide.

Dans une vidéo d’une durée de 40 nanosecondes (40×10-9 s), l’on aperçoit les impulsions du laser « couper » l’eau, en vaporisant la zone touchée. L’impact se propage ensuite de chaque côté du jet scindé par des ondes de choc, qui vont ainsi de suite créer d’autres ondes, jusqu’à la formation de petites bulles de chaque côté du trou. C’est à ce moment précis que le son de 270 dB est généré. Il s’agirait de la plus grande intensité sonore pouvant se propager sous l’eau.

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Passage des rayons X au centre du jet d’eau. L’on peut observer l’onde de choc se propager sous forme de bulle de chaque côté du trou. Crédits : Claudiu Stan/Université Rutgers

Selon les chercheurs, un niveau de dB encore plus fort causerait l’ébullition de l’eau. Il n’y aurait donc plus eu de liquide dans lequel le son aurait pu passer.

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Ce résultat obtenu involontairement par le groupe pourrait aider à déterminer la puissance maximum de projection d’un laser sur une matière suspendue dans un jet liquide avant sa destruction, ce qui se produit souvent lors des tests d’intégrité structurelle d’échantillons de matériaux avec des faisceaux de haute puissance.

« Cette recherche peut nous aider à étudier comment les échantillons microscopiques réagiraient s’ils étaient fortement mis en vibration par le son sous-marin », déclare le physicien de l’Université Rutgers et co-auteur de l’étude Claudiu Stan.

Source : Physical Review Fluids

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