Des chercheurs de l'Université du Queensland ont créé un « océan » microscopique sur une puce de silicium pour miniaturiser l'étude de la dynamique des vagues. L'appareil, fabriqué à l'École de mathématiques et de physique de l'UQ, utilise une couche d'hélium superfluide de seulement quelques millionièmes de millimètre d'épaisseur sur une puce plus petite qu'un grain de riz.
L'ouvrage est publié dans la revue Science.
Le Dr Christopher Baker a déclaré qu'il s'agissait du plus petit réservoir à vagues au monde, doté des propriétés quantiques de l'hélium superfluide lui permettant de s'écouler sans résistance, contrairement aux fluides classiques tels que l'eau, qui sont immobilisés par la viscosité à de si petites échelles.
« L'étude de la façon dont les fluides se déplacent fascine les scientifiques depuis des siècles, car l'hydrodynamique régit tout, depuis les vagues océaniques et le tourbillon des ouragans jusqu'à la circulation du sang et de l'air dans notre corps », a déclaré le Dr Baker. « Mais une grande partie de la physique derrière les vagues et les turbulences reste un mystère.
« En utilisant la lumière laser pour piloter et mesurer les ondes dans notre système, nous avons observé une série de phénomènes frappants. Nous avons vu des ondes qui se penchaient vers l'arrière au lieu d'être vers l'avant, des fronts de choc et des ondes solitaires connues sous le nom de solitons qui se déplaçaient sous forme de dépressions plutôt que de pics. Ce comportement exotique a été prédit en théorie mais jamais vu auparavant. «
Le professeur Warwick Bowen a déclaré que l'approche à l'échelle d'une puce du laboratoire d'optique quantique du Queensland pourrait multiplier par un million la durée des expériences, réduisant ainsi les jours de collecte de données à quelques millisecondes.
« Dans les laboratoires traditionnels, les scientifiques utilisent d'énormes canaux à vagues pouvant atteindre des centaines de mètres de long pour étudier la dynamique des eaux peu profondes telles que les tsunamis et les vagues scélérates », a déclaré le professeur Bowen. « Mais ces installations n'atteignent qu'une fraction de la complexité des vagues trouvées dans la nature.
« La turbulence et le mouvement des vagues non linéaires façonnent la météo, le climat et même l'efficacité des technologies d'énergie propre comme les parcs éoliens. Notre dispositif miniature amplifie plus de 100 000 fois les non-linéarités à l'origine de ces comportements complexes. Être capable d'étudier ces effets à l'échelle d'une puce, avec une précision quantique, pourrait transformer la façon dont nous les comprenons et les modélisons. »
Le professeur Bowen a déclaré que le développement de l'UQ ouvre la voie à l'hydrodynamique programmable, expliquant : « Comme la géométrie et les champs optiques de ce système sont fabriqués en utilisant les mêmes techniques que celles utilisées pour les puces semi-conductrices, nous pouvons concevoir la gravité, la dispersion et la non-linéarité effectives du fluide avec une précision extraordinaire.
« Des expériences futures pourraient utiliser cette technologie pour découvrir de nouvelles lois de la dynamique des fluides et accélérer la conception de technologies allant des turbines aux coques de navires. Les expériences sur cette minuscule plate-forme amélioreront notre capacité à prédire la météo, à explorer les cascades d'énergie et même la dynamique des vortex quantiques, des questions centrales à la fois à la mécanique des fluides classique et quantique. »
