L’ouverture d’une bouteille de champagne marque traditionnellement le début d’une célébration festive. Après le pop amusant du bouchon, un pétillement de bulles se libère dans l’air, et enfin, il y a le picotement agréable sur la langue.
Mais selon des chercheurs en France et en Inde, il y a bien plus de choses qui sortent de la pop que ce que ressentent les sens. Dans Physique des Fluidesdes simulations informatiques de dynamique des fluides ont révélé la formation, l’évolution et la dissipation des modèles d’ondes de choc lorsque le mélange de dioxyde de carbone traverse le goulot d’étranglement dans la première milliseconde après l’éclatement du bouchon.
Les résultats pourraient donner un aperçu du comportement complexe et transitoire du flux supersonique dans des applications allant des lance-roquettes, des missiles balistiques et des éoliennes à la fabrication de produits électroniques et aux véhicules sous-marins. Les simulations s’appuient sur des recherches expérimentales en 2019 qui ont montré, pour la première fois, la formation d’ondes de choc lors du sautage du bouchon.
« Nous voulions mieux caractériser le phénomène inattendu d’un écoulement supersonique qui se produit lors du débouchage d’une bouteille de champagne », a déclaré le co-auteur Robert Georges, de l’Université de Rennes 1. « Nous espérons que nos simulations offriront des pistes intéressantes aux chercheurs, et ils pourraient considérer la bouteille de champagne typique comme un mini-laboratoire. »
Dans la phase initiale de débouchage, le mélange gazeux est partiellement bloqué par le bouchon, empêchant le champagne éjecté d’atteindre la vitesse du son. Mais au fur et à mesure que le bouchon se libère, le mélange gazeux s’échappe radialement à une vitesse supersonique, équilibrant sa pression par une succession d’ondes de choc normales et obliques.
Les vagues se combinent pour former des diamants de choc, des motifs d’anneaux généralement observés dans les panaches d’échappement des fusées. La symétrie de la bouteille conduit à une expansion supersonique en forme de couronne. Finalement, la pression devient trop faible pour maintenir un rapport de pression de buse approprié pour une vitesse supersonique au goulot d’étranglement et au bord du bouchon.
« Notre article dévoile les modèles d’écoulement inattendus et magnifiques qui se cachent sous notre nez chaque fois qu’une bouteille de champagne est débouchée », a déclaré le co-auteur Gérard Liger-Belair, de l’Université de Reims Champagne-Ardenne. « Qui aurait pu imaginer les phénomènes complexes et esthétiques cachés derrière une situation aussi commune vécue par chacun d’entre nous ?
Les chercheurs prévoient d’explorer d’autres paramètres, tels que la température, le volume et le diamètre du goulot d’étranglement, ainsi que les processus physico-chimiques qui accompagnent le débouchage des bouteilles de champagne. Par exemple, ils s’intéressent à la façon dont le flux supersonique est affecté par la formation de particules de glace causée par la chute drastique de la température lorsque le fizz s’éjecte de la bouteille.
Abdessamad Benidar et al, Simulation dynamique des fluides computationnelle du flux de CO2 supersonique lors du sautage de bouchons de champagne, Physique des Fluides (2022). DOI : 10.1063/5.0089774