Niouz au fil de l’eau

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Jusqu'où la science peut-elle prévoir ? [2021-10-05]

Petite introduction, par l’exemple, à la théorie des systèmes dynamiques

Samedi 9 octobre at 10h

Une conférence organisée par l’association Rencontres Scientifiques Jacques Ricard à la Fruitière Numérique de Lourmarin

À quelques jours de l’annonce du prix Nobel de Physique 2021 décerné à Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann et Giorgio Parisi pour leurs «contributions à notre compréhension des systèmes physiques complexes», notamment du climat de la terre, venez assister à une présentation grand public des idées et des outils utilisés pour prédire l’évolution de systèmes complexes, du climat au vivant.

Affiche: La Fruitière Numérique
Étudier, expérimenter, publier [2019-11-19]

Comment enseigner la méthode scientifique par la pratique de la recherche expérimentale?

Formes stationnaires d'une boucle tournante à différentes vitesses. La couleur indique la tension effective estimée au sein de la corde, normalisée par son poids.

Au cours d’un projet d’apprentissage de la méthode scientifique par la pratique de la recherche expérimentale, deux étudiantes (Juliette Courson, Margaux Abello; voir leur interview), encadrées par deux universitaires (Bruno Andreotti, Adrian Daerr) et un technicien (Wladimir Toutain) viennent de montrer qu’une corde tournante peut devenir autoportante et vaincre la gravité grâce au frottement de l’air. Cette expérience de « corde charmée » illustre la méthode originale d’enseignement pratique de la méthode scientifique mise en place à l’Université de Paris à partir de problèmes ouverts de physique macroscopique.

Dans une période de grande confusion du débat public marquée par l’émergence de la post-vérité, cette croyance dans une vérité qui émergerait de la libre mise en concurrence d’énoncés, il devient crucial de démêler la croyance du savoir mais aussi d’identifier les contours propres des sphères scientifique et politique. Il importe donc d’accorder une attention particulière à la place accordée dans les formations universitaires à la méthode scientifique, à ses règles de probation et de véridiction. Expérimenter des modalités d’enseignement originales pour ce faire est d’autant plus urgent que, profitant de la crédulité ambiante, de plus en plus de groupes de pression tentent de revendiquer la nature « scientifique » de leurs opinions, élaborées en dehors de toute méthode scientifique. La publication du groupe d’étudiantes et de leurs encadrants de l’Université de Paris rend compte d’une telle expérience couronnée de succès.

La méthode scientifique repose sur l’établissement et la publication de faits objectivables (en physique, de mesures expérimentales et de théories mathématisées) publiés avec un appareil de preuves et avec une recension extensive de la bibliographie scientifique sur le sujet. L’expérience montre que feindre une « démarche d’investigation » autour d’un problème dont la solution est parfaitement connue revient à faire de la science une langue morte. Au département de Physique de l’Université de Paris, la tentative consiste à proposer aux étudiants des questions scientifiques en grande partie ouvertes permettant de mener une recherche expérimentale. Cela suppose des problèmes adaptés, ce que la physique macroscopique fournit en nombre, un atelier de mécanique pour aider au montage des expériences, et des moyens humains pour l’encadrement. En troisième année de licence, les étudiants de Physique sont ainsi amenés à travailler une question scientifique pour eux-mêmes, à concevoir et mettre en œuvre une expérience, à développer une modélisation, à lire des sources scientifiques primaires, à pratiquer la disputatio entre pairs, à mettre par écrit les preuves et les raisonnements. La publication d’un de ces travaux dans la revue à comité de lecture Journal of Fluid Mechanics demeure exceptionnelle à ce jour, mais témoigne de la possibilité de confronter les étudiants à la réalité de la méthode scientifique, ce qui leur donne l’occasion de mobiliser les savoirs disciplinaires acquis.

La « corde charmée » fait partie de ces phénomènes impliquant un objet du quotidien, dans un montage qui tient sur un coin de table, dont l’explication s’avère plus subtile qu’il n’y paraît à première vue. Propulsez une corde nouée en boucle vers le haut, en l’entraînant par des poulies ou un jet d’air. À basse vitesse la corde vire immédiatement vers le bas, et suit la même forme pendante qu’elle adopte au repos. Augmentez la vitesse et vous constatez que les cordes légères se dressent alors, formant un fuseau allongé dans la direction de tir. On est tenté d’en conclure qu’il suffit de propulser la corde assez fortement pour qu’elle continue sur sa lancée tel un projectile, avant de rebrousser chemin pour boucler sur elle-même. Impossible cependant d’obtenir ces formes avec des cordes moins légères, alors que la même vitesse devrait les porter à la même hauteur au vu des expériences de Galilée, voire plus haut puisqu’elles sont moins freinées par le frottement de l’air. Une expérience de l’équipe de l’Université de Paris sous une cloche à vide écarte définitivement l’hypothèse que la corde monterait par simple inertie: en retirant l’air même la corde légère retombe.

Cette observation fournit la clef de la solution: en analysant expérimentalement et théoriquement le rôle du frottement de l’air, les étudiantes et leurs collaborateurs montrent que c’est bien lui qui soulève la boucle. Cette « interaction fluide-structure » — pour reprendre le terme d’usage en mécanique des fluides — est inattendue: le frottement, agissant dans le sens opposé au mouvement de la corde, est bien incapable d’engendrer lui-même une force de portance. Il modifie en revanche la tension le long de la corde, et c’est ce changement de tension qui permet à la corde de se hisser vers le haut en tirant sur le système de propulsion.

Références
- Étudier, experimenter, publier (Université de Paris)
- La corde enchantée, un mystère élucidé (David Larousserie, Le Monde du 30 octobre 2019)
- Page dans la rubrique recherche
Séminaire sur la corde enchantée [2019-11-13]

Formes stationnaires d'une boucle propulsée à différentes vitesses.

La corde enchantée: sustentation aerodynamique d’une boucle tractée

28 nov 2019 @ 14h - Salle des séminaires FAST-LPTMS (Bât. 530, salle C.120, 1ER)

Propulsez une corde nouée en boucle vers le haut, en l’entraînant par des poulies ou un jet d’air (Vidéo du dispositif par Bruce Yeany). À basse vitesse la corde vire immédiatement vers le bas, et suit la même forme pendante qu’elle adopte au repos. Augmentez la vitesse et vous constatez que les cordes légères se dressent alors, formant un fuseau allongé dans la direction de tir. On est tenté d’en conclure qu’il suffit de propulser la corde assez fortement pour qu’elle continue sur sa lancée tel un projectile, avant de rebrousser chemin pour boucler sur elle-même. Je montrerai cependant que la traînée hydrodynamique est essentielle pour que la boucle se dresse, expliquant au passage pourquoi il est plus difficile d’obtenir ces formes avec des cordes moins légères. Je discuterai également de la propagation d’ondes sur ces cordes, et notamment de l’apparition d’un point critique «transsonique» - analogue du ressaut hydraulique - séparant un domaine où les ondes transverses se déplacent moins vite que la corde, d’un domaine où elles se propagent plus vite. La dynamique de la corde devient singulière au voisinage de ce point, motivant une analyse de l’ordre de grandeur des mécanismes hydrodynamiques pouvant intervenir dans sa régularisation.

Référence bibliographique

A. Daerr, J. Courson, M. Abello, W. Toutain & B. Andreotti (2019), The charmed string: self-supporting loops through air drag, J. Fluid Mech. 877, R2, DOI:10.1017/jfm.2019.631.

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On en parle…
- La corde enchantée, un mystère élucidé (David Larousserie, Le Monde du 30 octobre 2019)
- Étudier, experimenter, publier (Université de Paris)
Tournoi français des physiciens 2017 • merci! [2017-02-10]

French Physicists’ Tournament, édition 2017

(cliquer pour une version à plus haute définition; photos publiées par @SFP_officiel)

Nous sommes huitième au classement final. C’est l’École Normale Supérieure de Lyon qui a remporté le tournoi français et qui représentera la France au tournoi international des physiciens en avril.
- Merci aux étudiants du module de Physique Expérimentale qui ont contribué par leurs expériences au succès de l’équipe de l’Université Paris Diderot, et aux enseignants de ce module!
- Merci à Wladimir Toutain et Michel Laurent pour la réalisation de pièce mécaniques, leurs conseils et la fourniture de matériel pour les expériences!
- Merci aux étudiants et enseignants-chercheurs qui sont venus nous soutenir sur place!
Merci à tous pour votre soutien. Retrouvez les tweets autour du tournoi #FPT2017. Rendez-vous en 2018 pour l’édition suivante!
Tournoi français des physiciens 2017 • Équipe Paris Diderot [2017-02-01]

FPT 2017: tournoi français des physiciens

Venez soutenir l’équipe de Paris Diderot au tournoi français des physiciens qui a lieu les vendredi 3 et samedi 4 février 2017 à l’École Normale Supérieure !

Qu’est-ce qui détermine l’ampleur et la composition du nuage de gouttes d’eau soulevé par un véhicule sur une chaussée mouillée ? Comment fonctionne « la chose », ce dispositif mystérieux sans source d’énergie qui a permis aux russes d’espionner l’ambassade américaine à Moscou pendant des années sans être découvert ?

Ces problèmes font partie d’une liste de dix phénomènes qui seront débattus par des équipes d’étudiants lors de la sélection française du tournoi international des physiciens.

Les gagnants représenteront la France au tournoi international des physiciens. Pour la première fois, le département de physique de l’université Paris Diderot a sélectionné une équipe de six de ses meilleurs étudiants, deux inscrits en M1 et quatre en L3, qui participera au prestigieux tournoi.

Vous pouvez aussi nous suivre et nous encourager sur Twitter (@ipt_teamP7) !
Conférence sur les équations de Navier-Stokes [2017-01-19]

Turbulences entre maths et physique - les équations de Navier-Stokes

Jeudi 26 janvier 2017 à 17h en Amphi 2A, Halle aux Farines (2 rue Marguerite Duras 75013 Paris), Univ. Paris Diderot

Les équations de Navier-Stokes décrivent l’écoulement de fluides. Elles s’obtiennent en écrivant l’équation de Newton f=ma pour un milieu continu et en incluant dans les forces la pression et le frottement visqueux. Bien qu’elles soient connues depuis près de deux siècles et malgré leur intérêt pratique considérable, elles sont si difficiles à résoudre que le Clay Mathematics Institute promet une récompense d’un million de dollars américains à quiconque démontre l’existence et la régularité de solutions des équations de Navier-Stokes pour des conditions initiales arbitraires. Entretemps nous construisons des avions et volons, bien que nous soyons donc incapables d’exclure l’existence de singularités en temps fini qui mettraient fin à notre voyage. C’est que les physiciens et ingénieurs ont développés un ensemble d’astuces pour calculer - au moins de manière approchée - le comportement des fluides (au point de les rendre raisonnablement confiants en leurs avions). Les mathématiciens, plus prudents, cherchent encore à préciser dans quels cas on peut véritablement prouver qu’une solution régulière existe. Cette conférence sera un échange en 5 rounds sur les questions soulevées par les équations de Navier-Stokes en mathématique (Isabelle Gallagher) et en physique (Adrian Daerr), et les approches respectives.
Quelques notes de cours pour l'hydro [2015-10-10]

Un début de poly sur les écoulements non inertiels dans la partie enseignement.
Bienvenue sur le nouveau site ! [2015-10-01]

J’ai enfin eu le temps de m’occuper un peu de ces pages oueb, qui avaient pris un peu de poussière.