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Les ronds de fumée, comment ça marche?

Certains fumeurs sont doués pour faire des ronds de fumée. Mais comme il est politiquement très incorrect de parler de fumeurs par les temps qui courrent, on peut aussi trouver des ronds de fumée dans la nature, formés par des volcans par exemple: le phénomène est rare:

Volcan Eyjafjallajokull , Island, © Steve & Donna O’Meara
Volcan Eyjafjallajokull , Island, © Steve et Donna O'Meara, Mai 2010

Curieusement, ces ronds possèdent une certaine cohésion, et peuvent se propager assez loin de la source, bien plus loin que ne l'aurait fait une simple bouffée de fumée quelconque.

On peut réaliser des versions aquatiques en versant simplement à la pipette, dans de l'eau, un liquide bien coloré:

Vortex coloré de profil © Rob in Space
Vortex coloré de face © Rob in Space
En vue de côté...
...Et du dessus.

Toujours dans le monde aquatique, les dauphins et autres cétacés s'amusent parfois à réaliser ces anneaux, sous forme de bulles d'air cette fois:

Vortex et Dauphin
Une bulle annulaire créée par un dauphin
Une étonnante vidéo, montrant le phénomène et les "artistes"...

 

Boîte à ronds de fumée
Comment faire soit même des "vortex toroïdaux", ou des des ronds de fumées plus simplement? C'est très simple: Une boite de conserve ou une poubelle pour une version plus imposante, le côté sans fond de la boîte est obturé par un sac plastique ou par un film de baudruche, le côté fermé est percé d'un trou, en gros du quart du diamètre du fond. On remplit la boîte de fumée (là, vous vous débrouillez...), et on tapote le fond côté feuille plastique... C'est magique

Et même, sans fumée, vous pouvez vous amuser à éteindre une bougie à distance, de beaucoup plus loin que ce qui pourrait être fait simplement avec votre souffle...

Quelques images:

Rond de fumée, de côté ©Rob in Space
Rond de fumée de face ©Rob in Space
Vortex vu de côté, réalisé avec un petit gadget, mais ça marche aussi bien, sinon mieux avec la boîte de conserve...
...Et de face. Joli, non?...

Vous pouvez avoir une petite vidéo en cliquant ici. (Codec divx disponible là). Maintenant, comment ça marche? Ou plutôt comment se fait-il que le rond de fumée garde sa cohésion aussi longtemps?

Molecules du vortex
Le secret est dans le tourbillon: quand on crée par rotation un tourbillon d'air, les molécules diamétralement opposées tentent de s'éloigner les unes des autres (elles tendraient à continuer leur parcours tout droit si rien ne les perturbait). Mais en s'éloignant, elles créent une légère dépression centrale, et comme la pression extérieure reste plus grande, le petit vortex conserve sa forme circulaire et ramassée. De plus sa mise en rotation réduit les frottements qui sont causés lors du déplacement global du tourbillon.
Vortex en mouvement

Là, c'était une version à deux dimensions simplifiée, mais lors de la sortie de la boîte, le vortex prend une forme torique, ou de chambre à air si vous préférez:

Vortex toroidal

Vortex bracelet ©Rob in Space
Le rond de fumée peut alors se déplacer, à la manière d'un bracelet en caoutchouc le long de votre bras, par rotation et translation (là, par contre, les sens de rotation du bracelet est inversé, car le rond de fumée s'appuie plutôt sur l'extérieur.)...

Etonnants n'est-ce pas? Ils ont beau avoir un nom bizarre, les vortex toroïdaux sont bien fascinants à observer...