Comment bien mélanger deux fluides : du chaos en cuisine et au chantier

Attention, en raison de travaux à l’ESPCI, les prochaines conférences expérimentales se dérouleront dans l’amphithéâtre Tisserand, AgroParisTech, 16 rue Claude Bernard, 75005 Paris (à 5 minutes à pied de l’ESPCI).

Comment mélangeons-nous les sucre dans un yaourt, ou les ingrédients d’un gâteau, mais aussi les composants du ciment, ou deux verres de couleurs différentes ?

Quoi de pire que des grumeaux dans la pâte à crêpes ! Savoir mélanger est une partie de l’art du cuisinier.

Les armes du cuisinier : du savoir-faire, des instruments ad hoc plus ou moins efficaces,

… et maintenant de la science, celle du mélange, qui pourra également profiter aux maçons sur les chantiers, qui en ont autant besoin :voir vidéo.
Ce qui est particulièrement difficile pour le cuisinier comme pour le maçon, c’est qu’ils ont affaire à des milieux très hétérogènes : en partie liquide (eau, huile, jaune d’œuf, …), en partie solide (farine, sable, ciment, …). Pour qualifier ces derniers, on parle de milieux granulaires. Et, on ne mélange pas des liquides comme des milieux granulaires, et encore moins comme des liquides avec des milieux granulaires !

Pour les liquides, un paramètre important est la viscosité du milieu : il est beaucoup plus facile de mélanger des liquides peu visqueux que des liquides très visqueux ou des pâtes. L’hydrodynamique a fait d’énormes progrès, qui permettent pour les fluides peu visqueux de simuler des situations très complexes, comme celles-ci. Mais, pour les fluides visqueux, il y a encore la place pour des idées nouvelles, en particulier tirées de la science du chaos.

Les milieux granulaires sont plus complexes, à cause des interactions entre particules : adhésion, frottement, …
Une expérience classique de laboratoire est celle du tambour tournant représentée ci-dessous : partant d’une situation ou deux familles de particules (ici de couleurs différentes) sont séparées, on étudie la façon et la vitesse avec laquelle leurs répartitions s’homogénéisent.

Mais, on a parfois des surprises : la situation finale ne correspond pas toujours à l’homogénéité maximum ; au contraire, partant d’une situation homogène, bien mélangée, on peut aboutir à une ségrégation, c’est-à-dire à une répartition spatiale des deux particules suivant des motifs, comme ci-dessous. Dans les milieux granulaires, le dé-mélange n’est jamais loin du mélange. La cause en est la différence entre les interactions spécifiques entre particules différentes et entre particules identiques identiques.

Cette vidéo montre, en temps réel, un autre cas de ségrégation, suivant des bandes axiales.