Oiseau buveur

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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[modifier | modifier le code]

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[modifier | modifier le code]

Oiseau buveur en mouvement

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 s'arrête), 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 le système 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[modifier | modifier le code]

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

  • La loi de Gay-Lussac, 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
  • Mais surtout, le second principe de la thermodynamique dont l'un des énoncés est : un cycle monotherme ne produit pas de travail (c'est à dire du mouvement) ; dans l'oiseau, le liquide interne effectue un cycle entre deux sources de chaleur à des températures différentes, la tête, source froide et l'arrière, source chaude (dont la température est la température ambiante) ; l'eau du verre peut être considérée comme une source unique mais cette eau n'effectue pas un cycle car elle passe de l'état liquide à l'état gazeux sans retour à l'état liquide dans le verre.

Culture[modifier | modifier le code]

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'Alien 3 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. Il est aussi un objet présent dans le film Megamind ainsi que Warm Bodies.

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Jean-Michel Courty et Édouard Kierlik, Du volatil pour un volatile, article in « Pour la Science » no 390, avril 2010 p. 92-94.