Programme

ULB - Phys-F-517 - Cours d'interfaces et structures molles

 

Description générale du cours: 

Pourquoi une goutte de pluie s’étale-t-elle sur un pare-brise alors qu’elle reste sphérique sur une feuille de lotus ? Comment certains insectes marchent-ils sur l'eau ? Qu’est-ce que le principe de sphérification utilisé par les grands chefs cuisiniers pour donner une nouvelle saveur aux aliments ?  Comment la capillarité permet-elle l’avancée des applications d'auto-assemblages et de texturation de surface  ?

Pour répondre à ces questions, nous commencerons par introduire et étudier des objets élémentaires de la matière molle tels que les gouttes, les bulles, les films de savons, les mousses ou encore les tiges et les feuilles flexibles. Ces objets de la vie de tous les jours présentent des comportements étonnants, parfois complexes et pas toujours bien compris. La tension de surface, souvent dominante dans ces situations, est à la source de ces effets intéressants appelés effets capillaires. Dans ce cours, nous aborderons l’étude de ces objets par des méthodes physiques simples tels que l’analyse dimensionnelle plutôt que par une dérivation mathématique formelle. Cette approche originale basée sur l’expérience est particulièrement bien adaptée à l’étude de ces objets. Nous découvrirons, par exemple, des phénomènes tels que le mouillage, la pression de Laplace, l'effet Marangoni, l'élasto-capillarité et l'auto-propulsion. Au terme de ce module, nous comprendrons comment une approche faite d’arguments physiques simples permet d'expliquer des phénomènes complexes et pluridisciplinaires ayant des applications autant dans le monde industriel que naturel.

Méthode d'enseignement

La méthode d'enseignement du cours est façonnée de manière à motiver une dynamique de construction du savoir des étudiants tant théorique que technique.

Le cours sera centré sur les phénomènes physiques portant sur la capillarité, nous l'aborderons d'un point de vue théorique et pratique.

Le but final du cours est d'amener les étudiants à produire une vidéo pédagogique. Dans cette vidéo, ils devront effectuer des expériences et l'expliquer de la manière la plus élégante possible. Ceci demande une démarche expérimentale pour produire le contenu de la vidéo et demande une profonde compréhension et maitrise de la matière.

Tout au long du cours:

Les étudiants constituerons un kit d’expérience à partir d’objets de la vie de tous les jours. L'idée est de démontrer que le phénomène de la capillarité est un phénomène de la vie de tous les jours que l'on peut explorer ailleurs qu'au labo.
 

Nous explorerons les différentes manières de concevoir les expériences en vue de mettre en évidence un phénomène physique. L’accent sera particulièrement mis sur la créativité et la conception expérimentale (design), Quel est la manière la plus simple et élégante de mettre en évidence un phénomène physique particulier ?

Nous aborderons les outils de prototypage rapide et leur intérêt pour la conception d'expérience (théorie+pratique).

Nous aborderons l’acquisition et l’analyse d’images pour la physique (théorie+pratique).

Nous réfléchirons et discuterons l'intérêt de transmettre le savoir physique par vidéo.

Nous aborderons l'outil mathématique de l’analyse dimensionnelle pour décrire les phénomènes observés.

Les étudiants choisirons et présenterons à la classe une thématique préférée du syllabus portant sur la capillarité.

Finalement, les étudiants créeront une vidéo pédagogique destinée à un public de bachelier scientifique pour les ouvrir au merveilleux monde de la capillarité. Cette vidéo sera évaluée par un jury scientifique national et international de scientifiques.

 

Livres de références:

• P.-G. de Gennes, F. Brochard-Wyart and D. Quéré, Gouttes, bulles, perles et ondes (Belin, Paris, 2002).
• M. Sanjoy. Street-Fighting Mathematics: The Art of Educated Guessing and Opportunistic Problem Solving. (MIT Press, Cambridge, 2010).

Titulaire: 

Prof. Denis Terwagne 

Faculté des Sciences, 
Université Libre de Bruxelles (ULB) 
Boulevard du Triomphe, CP223, 
B-1050 Bruxelles Belgium 

E-mail: Denis.Terwagne (at) ulb.ac.be 
phone: +32 (0)2 650 57 88 
website: http://trioslab.ulb.ac.be/

Assistant: 

Jehan Charlier
E-mail: Jehan.Charlier (at) ulb.ac.be