L'ingénieur mécanicien Roberto Zenit a passé l'été 2019 à essayer de résoudre un problème qui sévit maintenant dans les départements scientifiques du monde entier :comment les expériences pratiques de dynamique des fluides, généralement effectué dans des salles de laboratoire bien approvisionnées, être déplacé hors du campus? Depuis que la pandémie a frappé, des chercheurs de premier plan comme Zenit ont trouvé des moyens créatifs pour les étudiants d'explorer le flux à la maison.

La réponse de Zenit, finalement, s'est réduit aux crêpes. Il enseigne une classe de laboratoire de dynamique des fluides à l'Université Brown, et une expérience demande aux élèves de mesurer la viscosité, ce qui est souvent fait en mesurant la vitesse à laquelle les petites sphères tombent à travers des liquides épais et se déposent au fond. Mais Zenit s'est rendu compte qu'il n'avait pas à le faire de cette façon. La cuisine est riche en fluides visqueux, et tout ce qu'il avait à faire était d'en choisir un.

Pourquoi pas de pâte à crêpes ?

Cet automne, élèves de sa classe, partout où ils ont été séquestrés, a dû mélanger la pâte à crêpes, versez-le sur une surface horizontale, et mesurer à quelle vitesse le rayon s'est élargi. "En mesurant la vitesse à laquelle cette goutte grandit dans le temps, vous pouvez recalculer la viscosité, " dit Zénith.

Zenit a décrit l'expérience lors d'un mini-symposium sur les flux de cuisine lors de la 73e réunion annuelle de la division de la dynamique des fluides de l'American Physical Society. En plus de son projet de viscosité à travers les crêpes, le symposium comprenait de nouvelles recherches sur la façon dont les fluides se mélangent les uns aux autres et comment ils incorporent des particules solides (comme dans la pâte ou la pâte). Des chercheurs de l'Université de Cambridge ont décrit de nouvelles découvertes sur les sauts hydrauliques - ces cercles d'eau étrangement lisses, entouré de turbulences, qui se forment directement sous un robinet de cuisine en marche.

Ingénieur chimiste Endre Mossige, chercheur postdoctoral à l'Université de Stanford, organisé le colloque. "Les expériences de flux de cuisine sont si faciles à faire, " a-t-il dit. " Vous avez besoin de si peu d'équipement pour extraire des informations aussi utiles sur la dynamique des fluides. "

La cuisine est un lieu naturel de recherche d'inspiration, dit Jan Vermant, ingénieur à l'ETH Zurich. "En cuisine, nous faisons beaucoup avec des matériaux à haute interface, " dit-il. " Il faut mélanger des fluides et de l'air et faire des émulsions, et travailler avec des bulles. C'est un problème fondamental des projets alimentaires, et un connu des chefs du monde entier."

Vermant a rendu compte des travaux récents de son groupe, qui s'attaquait à un problème de bière en le transformant en un problème de dynamique des fluides. Il étudie les films minces, et dans des recherches récentes, il a étudié la stabilité de la mousse dans les bières et les pains. Brasseurs, il a dit, vérifier la progression de la fermentation des nouveaux brassins en regardant la stabilité de la mousse. Mais, il a dit, le processus est très "onduleux à la main". Quand il a commencé à regarder le brassage de la bière à travers le prisme de la dynamique des fluides, il a trouvé un environnement de recherche riche.

Les bulles de bière contiennent une riche variété d'environnements :écoulements capillaires, films de savon, et l'agrégation des protéines. "Essentiellement, ils ont tous les mécanismes que l'on peut concevoir en tant qu'ingénieur, " dit-il. Son groupe a trouvé, à leur grande surprise, que même si la plupart des bières ont de la mousse, différentes bières ont des mécanismes différents derrière ces mousses. Certaines mousses agissent comme des films de savon; d'autres développent des réseaux de protéines robustes à la surface.

« Ils mettent chacun en évidence différents aspects du problème, " a déclaré Vermant. Dans les travaux ultérieurs, son groupe a examiné de près les phénomènes interfaciaux dans les pains et a également découvert une variété de comportements. "Ils ont cette riche diversité de mécanismes pour stabiliser les structures en mousse, " il a dit.

Vermant a déclaré que le travail ne concernait pas seulement la bière et le pain; il peut également servir d'inspiration pour de nouveaux matériaux. « Nous pouvons imiter ces systèmes et fabriquer des mousses en utilisant les mêmes principes que les mousses à la bière, " il a dit, ce qui pourrait être utile pour des applications allant de l'isolation par pulvérisation aux mousses de protection pour les cultures.

Chez Brown, Zenit a déclaré que tous les étudiants n'avaient pas réussi l'expérience. "Certains d'entre eux ont pris mes conseils trop au pied de la lettre, et l'a fait dans une poêle chaude, ", a-t-il dit. La cuisson de la crêpe a changé la viscosité - la congélation de la pâte en place - ce qui signifie que les étudiants n'ont pas de données utilisables. (Mais ils ont pris le petit déjeuner.)

Il a déclaré que se tourner vers les crêpes pendant la pandémie lui avait ouvert les yeux sur différentes façons d'enseigner des idées fondamentales comme la viscosité. « Dans les expériences régulières, vous déposez cette sphère dans un récipient et la mesurez, " dit-il. Le fluide, il dit, se réduit à sa mesure. Avec de la pâte, l'élève expérimente le concept. "Avec les crêpes, on sent la viscosité."