Oiseau buveur

Représentation de deux oiseaux buveurs.

Un oiseau buveur est un jouet thermodynamique à bascule. Il est animé par l'évaporation de l'eau qu'il « boit » ; il s'agit donc d'un moteur à eau. La première description date de 1946, dans un brevet déposé par Miles Sulivan, ingénieur aux Laboratoires Bell.

Constitution

L'oiseau est composé d'un support et d'un balancier équilibré. Le balancier est creux, et en trois parties visibles :

• La tête est une boule creuse.
• Le cou est un tuyau
• L'arrière est une boule creuse pénétrée en profondeur par le tuyau constituant le cou.
• Le liquide est constitué d'un colorant et de dichlorométhane

Le tout est partiellement rempli d'un fluide ayant deux phases, en équilibre liquide/vapeur.

Fonctionnement

L'oiseau est un petit moteur à balancier, dont le cycle de fonctionnement compte quatre étapes :

1. La tête est mouillée. L'air ambiant, qui constitue la source de chaleur, étant en général non saturé en eau (sous une cloche hermétique l'oiseau buveur ne fonctionne pas), l’eau de la tête s'évapore petit à petit. Et cette évaporation refroidit la tête de l'oiseau.
2. Le gaz de la tête se refroidit sous l'effet de l'évaporation ; la pression de ce gaz diminue ; sous l'effet de la diminution de pression, le liquide monte dans la colonne.
3. Arrivée à une certaine hauteur (dépendant du modèle, de son équilibrage...), la colonne de liquide déséquilibre l'oiseau, qui penche la « tête » dans le verre d'eau, en se mouillant de nouveau la tête.
4. En position inclinée, du gaz passe entre la partie inférieure et la partie supérieure de l'oiseau. Les pressions se rééquilibrent. La colonne de liquide redescend. L'oiseau reprend sa position d'équilibre vertical avec sa tête de nouveau humidifiée ; le cycle peut recommencer.

Pour provoquer l'arrêt de fonctionnement, on peut procéder selon l’une des façons suivantes :

• Sécher la tête : cela provoque l’arrêt de l’évaporation ;
• couvrir l’animal d’une cloche : l’évaporation sature progressivement l'atmosphère d’eau et finit par s’arrêter ;

Bien qu'à première vue l'objet semble réaliser un mouvement perpétuel, il n'en est rien. Pour s'en convaincre, il suffit d'attendre qu'il n'y ait plus d'eau dans le récipient dans lequel l'oiseau boit.

Principes physiques

L'oiseau buveur illustre plusieurs principes et concepts de physique élémentaire, dont:

• La loi de Charles, qui établit le rapport entre la température et la pression exercée par un gaz dans un volume déterminé
• La loi d'Avogadro, qui établit le rapport entre le nombre de molécules d'un gaz et la pression dans un volume déterminé
• La statistique de Maxwell-Boltzmann, qui établit que dans un volume et une température déterminés les molécules ont divers états énergétiques et peuvent par conséquent coexister en plusieurs états
• L'enthalpie de vaporisation (et de condensation), qui établit qu'une substance absorbe (ou libère) de la chaleur lorsqu'elle change d'état à température constante
• Le moments des forces les barycentres des corps
• La capillarité appliquée aux matériaux poreux

Culture

On en voit dans le premier repas que prennent les voyageurs du film Alien - Le huitième passager, dans le bureau du directeur de la prison d'Alien³ et sur le bureau du policier Noir commis aux affaires classées dans le film Max Payne. L'oiseau buveur est également un objet récurrent dans plusieurs épisodes des Simpson.

Bibliographie

• Jean-Michel Courty et Édouard Kierlik, Du volatil pour un volatile, article in « Pour la Science » n^o 390, avril 2010 p. 92-94.