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Lorsque le son devient lumière

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Le son et la lumière, la lumière et le son nous entourent tous les jours. Le son nous offre la possibilité de profiter à travers la musique et sans lumière nous ne pourrions pas le voir. Ce sont deux vagues différentes mais il y a relation entre elles.

Le son peut produire de la lumière. Oui, si les bulles d'air d'un liquide sont excitées par le son, elles émettent de la lumière. Et ce n'est pas un phénomène banal, car en théorie quelque chose a besoin d'une température énorme ou d'une énergie énorme pour émettre de la lumière. La clarté du son est connu comme sonoluminescence, qui a été détecté pour la première fois en 1934 à l'Université de Cologne (Allemagne).

Ce fut une découverte inattendue, comme beaucoup d'autres. Deux scientifiques cherchaient à étudier en sonnant et, dans une expérience, un récipient rempli de liquide a été soumis à un émetteur à ultrasons. Ils ont vu de petites bulles dans le liquide et en lançant l'émetteur à ultrasons, ils ont vu les bulles émettre de la lumière, des impulsions de lumière. Ce n'était pas ce qu'ils voulaient obtenir, mais c'était la première fois qu'ils ont vu et décrit la sonoluminescence. Ce même phénomène a été vu en 1933 à N. Marinesco et J.J. Trillat dans vos expériences. Les deux scientifiques de l'Académies des Sciences à Paris ont démontré que les films de photos s'obscurcissaient avec l'eau et en appliquant l'échographie. On croit que la sonoluminescence a été observée dans ces expériences.

Cinquante ans plus tard, en 1989, le professeur à l'Université du Mississippi, Lawrence Crum, et son doctorat, Felipe Gaitán, ont fait un grand pas dans la sonoluminescence. Expérimentalement ils ont réussi à induire la sonoluminescence d'une bulle simple. Cela leur a permis constamment d'observer le phénomène dans une bulle unique stable et sans interaction. C'est alors qu'ils ont réalisé que la bulle pour émettre de la lumière devait avoir une température intérieure très élevée, suffisante pour fondre l'acier, d'où l'intérêt pour la sonoluminescence.

Bases de la sonoluminescence

La sonoluminescence est basée sur une onde sonore. Une bulle d'air à l'intérieur d'un liquide se contracte et se développe en fonction de la pression exercée par l'onde sonore. En fait, les bulles émettent de la lumière quand elles subissent le plus haut niveau de pression. À ce moment-là, son diamètre est très petit, environ un micromètre.

Quant à l'intensité de la lumière émise, il y a encore une curiosité inexpliquée : si on ajoute une petite quantité de gaz noble au réservoir d'eau, l'intensité de la lumière augmente considérablement. Les scientifiques ne savent pas pourquoi, mais c'est ce qui se passe.

La longueur d'onde de la lumière émise par la bulle est très petite, et les scientifiques croient que le spectre de cette lumière peut atteindre l'ultraviolet. En revanche, la fréquence est généralement très élevée et stable, sauf si la fréquence des ultrasons varie.

Les deux paramètres, fréquence et longueur d'onde, sont inversement proportionnels. En outre, lorsque la longueur d'onde est petite, la lumière a plus d'énergie. Par conséquent, les experts assurent que la température à l'intérieur de la bulle varie entre 10.000 et un million de kelvin, soit entre 9.727 °C et 999.727 °C.

Précisément la présence de ces températures dans un endroit réduit rend ce phénomène si intéressant. À ces températures, la fusion est considérée comme possible sans chauffer l'emballage lui-même. Si la température de la bulle et la pression interne sont relativement grandes, les scientifiques croient que dans les petites bulles il y a la possibilité de fusion. Mais, malheureusement, il n'a pas encore été possible de mesurer ces températures ou de prouver que la fusion est possible.

Il y a des scientifiques qui disent l'avoir fait. Récemment R. P. Le scientifique Taleyarkhan a réussi la fusion du deutérium avec cette méthode, comme il l'a publié en plusieurs endroits (2002-2005). Le deutérium est un isotope de l'hydrogène. Il a un proton et un neutron dans le noyau et un électron tournant autour. Taleyarkhan a introduit le deutérium dans un réservoir et bombardé les bulles d'air avec des ondes sonores. S'il y avait fusion, deux deutérium seraient réunis et l'hélium serait créé. Comme l'a souligné Taleyarkhan, il a réussi, mais ces expériences n'ont pas pu être répétées ou démontrées en dehors de son laboratoire, de sorte que ses résultats sont contestés.

Pas encore de commentaires

Que la fusion soit réussie ou non, les mécanismes de sonoluminescence ne sont pas clairs. Beaucoup croient que les bulles ne peuvent pas maintenir leur forme sphérique à des pressions aussi élevées, ce qui provoque la sonoluminescence. Beaucoup d'autres placent des points extrêmement chauds au centre de l'émission de lumière, ainsi que des collisions dans le liquide, des émissions de la couronne extérieure de bulle, etc. Cependant, tout le monde accepte que l'émission de lumière soit liée à la contraction soudaine de la bulle par effet de pression.

Cependant, il existe deux théories qui ont été largement discutées et à la fois étendues sur la sonoluminescence.

Selon la physique de l'Université du Sussex, Claudia Eberlein, la lumière est produite par le vide qui entoure la bulle. Le physicien compare ce phénomène avec la lumière qui se produit autour des trous noirs. Selon la théorie quantique, le vide est plein de particules virtuelles, mais les mouvements rapides entre l'eau et l'air transforment ces photons virtuels en photons réels. Les impulsions de lumière seraient les photons émis par le vide entourant les bulles. Cependant, cette théorie a la preuve contraire que les propriétés de la lumière varient avec l'introduction de gaz nobles dans le réservoir d'eau, ce qui ne devrait pas arriver si la lumière se produit.

La deuxième théorie soutient que les jets rapides de liquide qui traversent la bulle produisent de la lumière à une vitesse de 6.000 kilomètres par heure. Cette théorie a été publiée par le professeur Andrea Prosetti de l'Université Johns Hopkins. L'eau glacée peut émettre de la lumière lorsqu'elle est brisée et, selon cette théorie, les fortes pressions à l'intérieur de la bulle génèrent des structures en forme de glace. Lorsque les jets de liquide traversent la bulle, ces structures en forme de glace se brisent provoquant l'émission de photons.

Selon Prosetti, l'introduction de gaz nobles modifie l'alignement des molécules d'eau dans ces structures en forme de glace : des défauts se produisent dans la structure en verre et la rupture est facilitée. Pour prouver que cette théorie est vraie, il suffirait de bombarder les bulles directement avec un jet rapide d'eau dans un récipient sans son. C'est à voir.

Cependant, il faut dire que la communauté scientifique exclut les deux théories, surtout la première. Il pense que les deux sont très compliqués.

Applications réelles

Cependant, malgré la méconnaissance des mécanismes de sonoluminescence, plusieurs applications ont déjà été étudiées. Par exemple, des chercheurs japonais ont utilisé la sonoluminescence pour augmenter l'influence du catalyseur TiO 2, utilisé pour épurer l'eau. D'autres chercheurs l'utilisent pour identifier et quantifier les métaux. La NASA a également une étude sur l'application de sonoluminescence pour la fabrication de véhicules spatiaux plus légers et plus sûrs. En fait, ils veulent l'utiliser pour l'instrumentation et les mesures.

Nous avons récemment connu la dernière application de la main du centre technologique Inasmet. La sonoluminescence sera utilisée contre la bactérie Legionella. Et comment ? Eh bien, dans les conduits de refroidissement de tout bâtiment il ya de l'eau, où la bactérie Legionella et d'autres micro-organismes poussent. En introduisant des bulles d'air dans ces canalisations et l'émission d'ultrasons, il est prévu de nettoyer les canalisations.

D'une part, autour des bulles sont générés d'énormes pressions et des températures qui provoqueront la mort des bactéries Legionella qui sont sur le chemin. D'autre part, des processus d'oxydation seront conduits dans le circuit d'eau de refroidissement. Ce stress oxydant empêche la création d'un support vital pour les microorganismes (biofilm), de sorte que ni Legionella ni d'autres micro-organismes ne peuvent être installés dans des circuits d'eau de refroidissement.

L'application a donc eu des sonoluminescences. Mais le plus grand intérêt, bien sûr, est dans la possibilité d'obtenir une fusion contrôlée. Pour y parvenir, cependant, il y a beaucoup de chemin à parcourir.