Tombant de la pointe d'un pinceau suspendu dans les airs, une gouttelette d'encre touche une surface peinte et s'épanouit en un chef-d'œuvre d'une beauté en constante évolution. Il tisse une tapisserie de motifs complexes et évolutifs. Certains d'entre eux ressemblent à des flocons de neige ramifiés, à des éclairs ou à des neurones, murmurant l'expression unique de la vision de l'artiste.
Les chercheurs de l’Institut des sciences et technologies d’Okinawa (OIST) ont entrepris d’analyser les principes physiques de cette technique fascinante, connue sous le nom de peinture dendritique. Ils se sont inspirés des œuvres de l’artiste médiatique japonaise Akiko Nakayama. Les travaux sont publiés dans la revue PNAS Nexus .
Au cours de ses performances de peinture en direct, elle applique des gouttelettes colorées d'encre acrylique mélangée à de l'alcool sur une surface plane recouverte d'une couche de peinture acrylique. De magnifiques fractales – des formes géométriques ressemblant à des arbres qui se répètent à différentes échelles et que l’on retrouve souvent dans la nature – apparaissent sous les yeux du public. Il s'agit d'une forme d'art captivante motivée par la créativité, mais aussi par la physique de la dynamique des fluides.
« J'ai une profonde admiration pour les scientifiques, tels qu'Ukichiro Nakaya et Torahiko Terada, qui ont apporté des contributions remarquables à la fois à la science et à l'art. J'ai été très heureux d'être contacté par le physicien de l'OIST Chan San To. J'envie sa capacité à dialoguer. ' avec les motifs dendritiques, observer comment ils changent de forme en réponse à différentes approches, c'était délicieux d'entendre cette conversation secrète", explique Nakayama.
"Les peintres ont souvent utilisé la mécanique des fluides pour créer des compositions uniques. Nous l'avons vu avec David Alfaro Siqueiros, Jackson Pollock et Naoko Tosa, pour n'en nommer que quelques-uns. Dans notre laboratoire, nous reproduisons et étudions des techniques artistiques, pour comprendre comment les caractéristiques "Les fluides influencent le résultat final", explique le professeur Eliot Fried de l'unité de mécanique et de matériaux de l'OIST, qui aime regarder les peintures dendritiques sous des angles artistiques et scientifiques.
Dans la peinture dendritique, les gouttelettes d’encre et d’alcool subissent diverses forces. L'un d'eux est la tension superficielle :la force qui donne aux gouttelettes de pluie une forme sphérique et permet aux feuilles de flotter à la surface d'un étang.
En particulier, comme l’alcool s’évapore plus rapidement que l’eau, il modifie la tension superficielle de la gouttelette. Les molécules de fluide ont tendance à être attirées vers le bord des gouttelettes, qui présente une tension superficielle plus élevée que son centre. C'est ce qu'on appelle l'effet Marangoni et c'est le même phénomène responsable de la formation de larmes de vin, des gouttelettes ou des traînées de vin qui se forment à l'intérieur d'un verre à vin après avoir été tourbillonné ou incliné.
Deuxièmement, la couche picturale sous-jacente joue également un rôle important dans cette technique artistique. Le Dr Chan a testé différents types de liquides. Pour que les fractales émergent, le liquide doit être un fluide dont la viscosité diminue sous l'effet d'une contrainte de cisaillement, ce qui signifie qu'il doit se comporter un peu comme le ketchup.
Il est de notoriété publique qu’il est difficile d’extraire le ketchup de la bouteille à moins de le secouer. Cela se produit parce que la viscosité du ketchup change en fonction de la contrainte de cisaillement. Lorsque vous secouez la bouteille, le ketchup devient moins visqueux, ce qui facilite son versement sur votre plat. Comment cela s'applique-t-il à la peinture dendritique ?
"Dans la peinture dendritique, la gouttelette d'encre en expansion cisaille la couche de peinture acrylique sous-jacente. Ce n'est pas aussi fort que le tremblement d'une bouteille de ketchup, mais il s'agit quand même d'une forme de contrainte de cisaillement. Comme pour le ketchup, plus il y a de stress, plus le il est plus facile pour les gouttelettes d'encre de couler", explique le Dr Chan.
"Nous avons également montré que la physique derrière cette technique de peinture dendritique est similaire à la façon dont un liquide se déplace dans un milieu poreux, tel que le sol. Si vous regardiez le mélange de peinture acrylique au microscope, vous verriez un réseau de structures microscopiques. composée de molécules de polymère et de pigments. La gouttelette d'encre a tendance à se frayer un chemin à travers ce réseau sous-jacent, en empruntant des chemins de moindre résistance, qui mènent au motif dendritique", ajoute le professeur Fried.
Chaque impression dendritique est unique en son genre, mais les artistes peuvent prendre en compte au moins deux aspects clés pour contrôler le résultat de la peinture dendritique. Le premier et le plus important facteur est l’épaisseur de la couche de peinture répandue sur la surface. Le Dr Chan a observé que des fractales bien raffinées apparaissent avec une couche de peinture plus fine qu'un demi-millimètre.
Le deuxième facteur à expérimenter est la concentration du diluant et de la peinture dans cette couche de peinture. Le Dr Chan a obtenu les fractales les plus détaillées en utilisant trois parts de milieu de dilution et une part de peinture, ou deux parts de milieu de dilution et une part de peinture. Si la concentration de peinture est plus élevée, les gouttelettes ne peuvent pas bien se propager. À l'inverse, si la concentration de peinture est inférieure, des bords flous se formeront.
Ce n’est pas le premier projet de rencontre entre science et art dans lequel les membres de l’unité Mécanique et Matériaux se lancent. Par exemple, ils ont conçu et installé une sculpture mobile sur le campus de l'OIST. La sculpture illustre une famille de dispositifs mécaniques, appelés kaléidocycles de Möbius, inventés dans l'unité, qui peuvent offrir des lignes directrices pour la conception de composés chimiques dotés de nouvelles propriétés électroniques.
Actuellement, le Dr Chan développe également de nouvelles méthodes pour analyser la façon dont la complexité d'un croquis ou d'une peinture évolue au cours de sa création. Lui et le professeur Fried sont optimistes quant au fait que ces méthodes pourraient être appliquées pour découvrir des structures cachées dans des images de fluides en écoulement capturées expérimentalement ou générées numériquement.
"Pourquoi devrions-nous limiter la science au seul progrès technologique ?" se demande le Dr Chan. "J'aime aussi explorer son potentiel pour stimuler l'innovation artistique. Je fais de l'art numérique, mais j'admire vraiment les artistes traditionnels. Je les invite sincèrement à expérimenter divers matériaux et à nous contacter s'ils sont intéressés à collaborer et à explorer la physique. caché dans leurs œuvres."
Tout le monde peut s’amuser en créant des peintures dendritiques. Le matériel nécessaire comprend une surface non absorbante (verre, papier synthétique, céramique, etc.), un pinceau, une brosse à cheveux, de l'alcool à friction (alcool isopropylique), de l'encre acrylique, de la peinture acrylique et un médium de coulée.
Plus d'informations : San To Chan et al, Marangoni se répandant sur des substrats liquides dans l'art des nouveaux médias, PNAS Nexus (2024). DOI :10.1093/pnasnexus/pgae059
Informations sur le journal : PNAS Nexus
Fourni par l'Institut des sciences et technologies d'Okinawa
