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Le chat est-il liquide ou solide ?

 
Par Antoine Decrouy. 13 novembre 2018
Le chat est-il liquide ou solide ?
Image: koreus.com

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L'arbre qui cache la forêt symbolise la paresse de l'esprit de ceux qui dont la vue du bout de leur nez leur suffit.

Bien souvent, les questions étranges aux réponses trop évidentes ne sont qu'un arbre cachant une forêt car l'évidence ne l'est jamais réellement lorsque la physique et les mathématiques rentrent en jeux. Aujourd'hui nous avons souhaité mettre à l'honneur l'un des gagnants du prix Ig-Nobel de cette année, le chercheur Marc-Antoine Fardin et sa problématique : Un chat est-il liquide ou solide ?

Alors si en voyant de nombreuses photos de chats épousant parfaitement les formes d'un récipient vous vous êtes aussi demandés si les chats ne seraient pas liquides, on vous invite à continuer la lecture de notre nouvel article car nous nous sommes efforcés de vulgariser la complexe pensée qui se cache derrière cette question qui, à première vue, semble n'être qu'un arbre.

Bonne lecture !

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Marc Antoine Fardin

Cette question aussi étrange que sérieuse Le chat est-il liquide ou solide qui nous réunit aujourd'hui sous l’étendard de la curiosité a été formulée par un certain Marc-Antoine Fardin mais, qui est-il ?

Marc-Antoine Fardin est un physicien chercheur au CNRS au sein de l'institut Jacques Monod ainsi qu'à l'université de Paris Diderot. Il a fait ses classes et passé ses diplômes à l'université de Paris Diderot, à l'université Columbia de New York ainsi qu'au MIT de Boston. En plus de tout ça, Marc-Antoine Fardin est aussi le gagnant du prix Ig-Nobel de cette année !

Qu'est-ce que le prix Ig-Nobel ?

C'est un prix parodique du prix Nobel, il récompense les recherches scientifiques dont le postulat nous fait dans un premier temps rire mais qui dans un second nous amène à réfléchir, le chat est-il liquide ou solide rentre parfaitement dans cette catégorie !

Le chat est-il liquide ou solide ? - Marc Antoine Fardin
Image: huffingtonpost.fr

Liquide et solide en physique

Avant de nous lancer dans l'explication scientifique de ce prix incongru, il nous semble important et essentiel de définir deux états bien connus de tous depuis le spectre physique.

Liquide

C'est un état de la matière, une forme liquide est aisément déformable car les molécules qui composent la matière sont faiblement liées mais elles le sont tout de même (à l'inverse du gaz). Les molécules des liquides ne peuvent pas s'éloigner beaucoup les unes des autres ce qui entraîne une cohésion que nous ne retrouvons pas dans le gaz ! De par ses qualités, le liquide est un état de la matière qui est difficilement compressible. Il y a cependant des liquides plus ou moins visqueux que d'autres dont le temps de relaxation diffère... Qu'est-ce que le temps de relaxation ? C'est le temps dont a besoin un liquide avant d'épouser complètement la forme d'un récipient. Pour exemple, si on verse de l'huile d'olive dans une casserole, cette dernière aura besoin de bien plus de temps pour épouser la forme d'un récipient que lorsqu'on verse de l'eau dans une casserole ! Aussi bien l'huile d'olive que l'eau sont des liquides mais leur temps de relaxation n'est pas le même !

Solide

Un solide est caractérisé par une forme et un volume propre, ces deux caractéristiques ne varieront pas et ce quelque soit le récipient contenant le solide. Chez un solide, les molécules et atomes sont étroitement liés et peuvent ainsi résister à ce qu'on appelle la contrainte.

Maintenant que nous avons défini les termes de la question Le chat est-il liquide ou solide, intéressons-nous à l'étude réalisée par Marc-Antoine Fardin !

Le chat est-il liquide ou solide ?

Maintenant que vous savez ce qu'est le temps de relaxation d'un liquide, il convient de reformuler notre sujet en se demandant : de combien de temps aura besoin un chat afin de devenir liquide ?

"Impossible n'est pas gaulois" comme disait l'autre !

"Impossible n'est pas physique" comme disait l'ami de l'autre !

Afin d'apporter une réponse aux étranges questions qu'on peut être amené à se poser, la physique a une corde à son arc peu connu, celle des grandeurs sans dimension utilisés dans l'étude de la rhéologie, mais dans un premier temps...

Qu'est-ce que la rhéologie ?

Un terme barbare qui étymologiquement vient du grec rheo qui veut dire couler et du mot grec logos qui veut dire étudier. Grâce à cette aide étymologique on commence à saisir la signification de la rhéologie, cependant si elle vous échappe on vous l'explique aussi clairement que possible ! La rhéologie "c'est l'étude de la déformation et de l'écoulement de la matière sous l'effet d'une contrainte appliquée." La rhéologie étant définie, il nous semble qu'il nous manque un second terme que nous n'avons pas encore abordé...

Que sont les grandeurs sans dimension ?

Appelées aussi nombres sans dimension, nombres adimensionnels ou nombres caractéristiques, les grandeurs sans dimension sont tout particulièrement utilisées dans ce qu'on appelle la mécanique des fluides. Une grandeur sans dimension est une grandeur physique (grandeur que l'on peut mesurer, longueur, poids etc..) dont l'analyse dimensionnelle aboutit à un produit où toutes les grandeurs de base sont nuls. Mais me direz-vous, tout ça c'est bien beau, mais une analyse dimensionnelle, c'est quoi ?

L'analyse dimensionnelle est méthode permettant de vérifier l'homogénéité d'une formule physique par ses équations aux dimensions, on décompose et analyse les grandeurs physiques de bases comme la longueur, la durée, le poids, tout en sachant que ces grandeurs ne peuvent pas être déduites entre-elles. On ne peut en effet pas comparer ou ajouter des grandeurs n'ayant pas la même dimension, en gros on ne peut pas ajouter une longueur à une masse)

On utilise tout particulièrement les grandeurs sans dimension en mécanique des fluides ainsi que pour expliquer ce qu'on appelle le phénomène de transfert. Les nombres sans dimension nous permettent donc de pouvoir arriver à déterminer l'état dans lequel se trouve un matériau.

Un chat est-il liquide ou solide ?

C'est le nombre de Déborah qu'il faut appliquer afin de répondre à cette question ! Afin de savoir si un chat est liquide ou solide il faut effectuer une comparaison de deux temps : celui de la relaxation (temps pour un liquide d'adopter la forme d'un récipient) et le temps de l'expérience (durée calculée dès le début de la déformation de la matière par le récipient). Une fois qu'on a établi ces deux chiffres, il faut diviser le temps de relaxation par le temps de l'expérience et si le résultat est supérieur à 1, l'objet du calcul sera solide, si le résultat est inférieur à 1, le matériau sera liquide ! La définition du temps est ici essentielle car si on considère le temps de l'expérience à l'échelle du temps humain un matériau comme une pierre est solide mais si on choisit comme temps d'expérience la l'échelle de la vie de la Terre, une pierre serait un liquide qui n'arrête pas de bouger.

Mais alors... Le chat est-il liquide ou solide ?

On voit très bien que Marc-Antoine Fardin a brillamment utilisé une question populaire d'internet afin d'illustrer des principes physiques complexes mais apporte-t-il une réponse à son postulat ? En suivant la définition du liquide, si on laisse au chat un temps suffisant celui-ci adaptera sa forme à celle du récipient mais...

Le chercheur explique qu'il ne peut malheureusement pas appliquer le nombre de Déborah afin de savoir si un chat est un solide ou liquide car le chat bouge et est un système actif qui ne reste pas dans le même état trop longtemps!

Si notre article Le chat est-il liquide ou solide vous a semblé intéressant, n'hésitez surtout pas à jeter un coup d’œil aux articles suivants :

Si vous souhaitez lire plus d'articles semblables à Le chat est-il liquide ou solide ?, nous vous recommandons de consulter la section Curiosités du monde animal.

Références
  1. www.rheology.org/sor/publications/rheology_b/RB2014Jul.pdf
  2. www.sciencesetavenir.fr/fondamental/le-chat-est-il-liquide-ou-solide_118336
  3. https://theconversation.com/les-chats-sont-ils-liquides-ou-comment-jai-obtenu-le-prix-ig-nobel-85199

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