Art et sciences # 3 : rayons X, les couleurs de Fabian Oefner & la démo de physique de Jack White

Afin de désengorger ma liste de brouillons d'articles, j'ai décidé de publier plus fréquemment dans la rubrique "Art et Science". Dorénavant, tous mois, j'essaierai de publier ma petite sélection de découvertes. Pour ce troisième épisode, je vous propose les photographies en rayons X de Hugh Turvey, les perles de Fabian Oefner et un clip de Jack White des White Stripes en mode physique amusante.

Les photographies en rayons X de Hugh Turvey

Explosion nucléaire, Crédits : H.E.Edgerton

Le photographe britannique Hugh Turvey se qualifie lui-même de X-ray artist. Il est largement influencé par le travail du physicien et photographe Harold Eugene Edgerton, l'auteur de la célèbre photographie des tous premiers instants d'une explosion nucléaire (ci-contre) et accessoirement co-inventeur de l'appareil ayant permis cette prouesse.

Hugh Turvey compose ses œuvres en fusionnant des photographies prises en lumière normale avec des clichés pris en rayons X. Les photographies sont ensuite travaillées en couleur et en densité. Pour son travail, il a progressivement développé des techniques d'imagerie uniques avec du matériel spécialisé : les équipements médicaux sont en effet destinés à être utilisés sur des humains et bien souvent, ils ne sont pas adaptés à ses projets. Hugh Turvey est devenu le spécialiste de ce genre de techniques, et il est fort probable que vous ayez déjà vu une de ses œuvres dans une pub ou un manuel scolaire. On peut en voir davantage sur son site.

Sage Composition © Hugh Turvey

Motorbike © Hugh Turvey

A row of hyacinths at various stages of development and flowering © Hugh Turvey

Woman Drinking Water © Hugh Turvey

Les couleurs de Fabian Oefner

On ne présente plus le photographe suisse Fabian Oefner ; j'en avais déjà parlé dans Art et Sciences # 1 : ferrofluides, sculptures cinétiques et réalité augmentée. Par ailleurs, Dr Goulu avait consacré un petit article à la série black hole sur son blog, dont je reproduis ci-dessous un cliché. Pour cette série, l'astucieux Fabian Oefner a utilisé des peintures acryliques sur une tige métallique en rotation.

Photographie tirée de la série black hole de Fabian Oefner

Fabian Oefner - Black Hole from Fabian Oefner on Vimeo.

Sur le site du jeune artiste, on peut découvrir d'autres projets, où le mouvement, l’éphémère et la couleur sont à l’honneur, comme dans cette photographie de bulle en plein éclatement :

Photographie tirée de la série iridient de Fabian Oefner

Pour la photographie ci-dessous, Fabian Oefner a voulu reproduire les images du télescope Hubble. Il a combiné plusieurs images et utilisé des fibres optiques. On peut en apprendre davantage sur la page dédiée.

Photographie tirée de la série nebula de Fabian Oefner

  Pour terminer avec Fabian Oefner, une courte vidéo :

Jack White, la résonance et les fluides complexes

Michel Gondry aurait pu y penser : le clip vidéo de High Ball Stepper, réalisé par James Cathcart et Ben Swank, est une véritable démonstration de physique. Dans la vidéo, on peut voir la célèbre expérience du fluide non-newtonien posé sur un caisson de basse, et celle des grains de sables posés sur une plaque métallique (plaque de Chladni).

L'espèce de blob informe qui se dandine sur le haut-parleur est un fluide particulier : sa structure microscopique lui confère de singulières propriétés. Tans qu'on ne le bouscule pas, il se comporte comme un liquide. Mais dès que les sollicitations deviennent un peu trop insistantes, il réagit comme un solide : il ne s'écoule plus et devient dur ! Il peut alors se casser en plusieurs morceaux. Si la musique marque une pause, il redevient liquide. Pour comprendre un peu mieux et réaliser facilement l'expérience (avec de la maïzena et de l'eau), vous pouvez lire Une expérience à deux euros sur les fluides non-newtoniens rhéoépaississants.

Et les grains de sable coloré sur les plaques métallique alors ? C'est une démonstration du phénomène de résonance, que l'on rencontre dans d'innombrables situations. Voici une vidéo sympa qui montre un peu mieux ce qui se passe :

Le phénomène de résonance survient quand un système est soumis à une excitation à une fréquence proche ou égale à sa fréquence propre. Dit comme ça, ça parait compliqué, mais ça ne l'est pas tant que ça. Un exemple classique est celui de la balançoire : supposons que la balançoire est déjà en mouvement. Elle constitue un système qui oscille à une fréquence déterminée. Par exemple, si la balançoire revient à sa position la plus haute après une poussée au bout de 4 secondes, la fréquence du système vaut 1/4. Si la personne pousse à la même fréquence, alors ses oscillations seront amplifiées. En poussant plusieurs fois de la même façon, la balançoire montera de plus en plus haut, jusqu'à ce que la personne assise dessus commence à pleurer. C'est très intuitif : il ne vous viendrait pas à l'esprit de pousser quand la balançoire revient vers vous à pleine vitesse ; ça ferait mal aux doigts et ça casserait le mouvement.

Sur la plaque métallique, c'est un peu la même chose : la plaque peut vibrer et rentrer en résonance. Selon sa taille et sa forme, il peut y avoir plusieurs fréquences de résonance; c'est ce que l'on appelle les modes de résonance. Ces modes correspondent à la façon dont la plaque peut vibrer. Voici par exemple les trois premiers modes de résonance d'une corde (imaginez la plaque vue sur sa tranche) :

Les 3 premiers modes de vibration d'une corde

Les dessins d'Ernest Chladni 

La plaque est "excitée", avec un archet de violon par exemple. Quand la plaque entre en résonance, elle est parcourue d'ondes de vibration stationnaires, c'est à dire que les points où les vibrations sont maximales ou nulles ne bougent plus, comme dans l’illustration ci-dessus. Les grains de sable se répartissent alors selon la forme de l'onde : elles sont éjectées des zones en mouvement et se regroupent dans les zones où les vibrations sont minimales ou nulles, formant des motifs géométriques. Ces formes sont appelées figures de Chladni, du nom du physicien et musicien Ernest Chladni qui les décrivit la première fois en 1789 (on peut voir sa classification ci-contre). On trouvera aussi des explications détaillées dans cet article. Et si vous habitez près de Paris, rendez vous à la Cité des Sciences où vous pourrez réaliser l'expérience !

Pour revenir à l'exemple des cordes, voici comment le sable se répartirait :

Répartition du sable en fonction du mode de résonance

Partout où il y a des ondes, il peut y avoir résonance. C'est grâce à la résonance que les instruments de musique produisent du son, que les lasers existent, que la radio marche ou que nous pouvons faire des I.R.M. On retrouve même la résonance dans notre système solaire !