Comme des flocons tombant dans l’air

Qu’il s’agisse de particules de cendres provenant d’éruptions volcaniques ou de minuscules flocons de neige : les particules présentes dans l’atmosphère ne glissent pas en ligne droite vers le sol. Au contraire, ils tombent avec une sorte de mouvement de pendule, comme les chercheurs l’ont maintenant démontré lors d’une expérience en laboratoire. Ils rapportent dans la revue « Physical Review Letters » à quoi ressemble exactement ce mouvement et comment il pourrait affecter le climat.

“Jusqu’à présent, la plupart des études sur le comportement de si petites particules ont été réalisées avec des modèles dans des liquides, car les expériences dans l’air sont extrêmement difficiles”, explique Mohsen Bagheri de l’Institut Max Planck pour la dynamique et l’auto-organisation. Mais maintenant, lui et son équipe ont observé directement comment se déplacent des particules de la taille de vraies cendres ou de particules de neige.

Pour ce faire, l’équipe a eu recours à une expérience en laboratoire dans des conditions facilement contrôlables : elle a utilisé une imprimante 3D pour produire de nombreuses microparticules différentes à partir de plastique – par exemple, des disques minces de 50 micromètres et des tiges de près d’un millimètre de long. Les chercheurs ont déposé ces particules dans une chambre dans laquelle l’air ne bougeait pas. Ils ont installé quatre caméras à haute vitesse autour de la chambre. Ceux-ci ont permis d’observer et d’analyser avec précision comment les particules contenues dans la chambre tombaient d’environ six centimètres.

Les particules qui tombent ressemblent à des feuilles qui tombent en automne

Les particules sont beaucoup plus lourdes que l’air ambiant et, lors de l’expérience, elles ont montré une sorte de mouvement de pendule ou de culbute lorsqu’elles tombaient sur le sol, comparable à la chute de feuilles. Ce culbutage s’est progressivement affaibli à mesure que les particules tombaient en profondeur. De plus, ils s’alignent de plus en plus le long de leur axe longitudinal dans le flux d’air créé par la résistance de l’air lors de la chute.

Même si les effets tels que les turbulences provoquées par le vent ont été évités et n’ont pas été pris en compte dans cette expérience, l’expérience aide à comprendre comment les flocons de neige ou les particules de poussière tombent – ou comment les cendres se déplacent après une éruption volcanique et finissent par se déposer sur la terre. En effet, le culbutage fait tomber les particules plus lentement, ce qui leur permet de s’agglutiner.

Cela modifie également la façon dont les particules réfléchissent la lumière du soleil : cela pourrait donc influencer la quantité de rayonnement atteignant la surface de la Terre. Bagheri et son équipe espèrent que ces résultats permettront de mieux prévoir les phénomènes météorologiques et leurs effets sur l’atmosphère à l’avenir – par exemple, combien de temps les polluants restent dans l’atmosphère ou comment les précipitations se forment dans les nuages.