Qu'arrive-t-il lorsque les arroseurs de pelouse aspirent de l'eau ? Les physiciens répondent à cette question insolite.

Les physiciens sont fascinés par des énigmes profondes, de la nature de l'espace et du temps à la façon dont l'univers est né. Mais les arroseurs de pelouse rotatifs ? Oui, aussi.

Une nouvelle expérience apporte une réponse à une énigme physique insolite popularisée par le physicien Richard Feynman dans les années 1980. Le puzzle se concentre sur un modèle d'arroseur qui fonctionne en projetant de l'eau par les extrémités d'un tube en forme de S. L'arroseur tourne en s'éloignant de l'eau qui s'échappe en raison de la conservation du moment angulaire. Jusque-là, tout est simple.

Mais que se passe-t-il si vous plongez l'arroseur dans un réservoir d'eau et le faites aspirer l'eau ? La question semble simple. Mais des écoulements fluides complexes et des subtilités de conservation du moment ont conduit différents physiciens à soutenir qu'il devrait soit tourner dans la direction opposée à celle lorsqu'il fonctionne normalement, soit ne pas bouger du tout. Différentes expériences se sont également contredites.

C'est pourquoi le mathématicien appliqué Leif Ristroph et ses collègues ont tenté leur chance. "Cela s'est avéré être l'un des problèmes les plus difficiles auxquels notre laboratoire ait jamais travaillé", déclare Ristroph, de l'Université de New York. L'équipe a réalisé des expériences avec un arroseur transparent méticuleusement fabriqué, ainsi que des calculs mathématiques qui appuyaient leurs mesures. L'appareil flotte dans un réservoir d'eau pour réduire les frottements, un effet qui a dérouté les expériences précédentes. Lorsqu'il est actionné en sens inverse, l'arroseur tourne effectivement dans le sens opposé, rapportent les chercheurs dans un article accepté par Physical Review Letters. Des expérimentations supplémentaires ont révélé pourquoi.

Alors que l'arroseur normal crache des jets d'eau vers l'extérieur, lors de l'opération inverse, des jets se forment à l'intérieur de l'arroseur lui-même. Ces jets créent des tourbillons, observés à l'aide de lasers pour illuminer les microparticules ajoutées à l'eau. Importamment, les jets et leurs tourbillons ne sont pas symétriques. Lorsque les jets se heurtent au milieu de l'arroseur, ils continuent selon un angle, suggérant qu'ils ont fait une collision oblique plutôt qu'une collision frontale.

Cela est dû au fait que, même si les bras de l'arroseur sont parfaitement alignés, les jets internes ne le sont pas. Le passage à travers les bras courbes perturbe l'écoulement de l'eau dans chaque jet. Cette asymétrie fait tourner l'arroseur à l'envers pour conserver le moment angulaire.

La solution à l'énigme de l'arroseur a juste demandé une éclaboussure d'intuition.