Brevet FR2477434A1 — publié le 19810911

L'invention concerne un procédé pour produire des ondes sur une surface liquide par un système de canalisation tdbouchant au voisinage de la surface liquide. Elle concerne en outre un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procède. Pour les expérimentations avec des ondes, par exemple dans des cuves à ondes, pour l'enseignement et la recherche, on désire généralement avoir des ondes sinusoidales qui soient Si possible non perturbes et dont on puisse r8gler les frdquences et les amplitudes possibles avec exactitude. I1 est connu de produire des ondes par des dispositifs pulsatoires mcaniques effectuant un mouvement alternatif de monte et d'abaissement au voisinage de la surface liquide. De tels pulsateurs mécaniques prdsentent des inconvénients en ce qui concerne la faculté de réglage de la fréquence et de l'amplitude et en ce qui concerne la pureté de la forme sinusoSdale des ondes, inconvénients qui sont décrits en détail dans la demande de brevet français 77 33 703.Pour éliminer ces inconvénients, il est proposé, dans cette demande de brevet, de souffler de l'air pulsé provenant d'une source appropriée sur la surface de l'eau. Pour produire des ondes circulaires, ce document prévoit des tubes dont les embouchures sont situées au-dessus de la surface de l'eau et d'ou le courant d'air pulsé sort en direction de la surface de l'eau. Cette disposition a l'inconvénient que l'air s'échappant latéralement produit non seulement le mouvement ondulatoire souhaité mais aussi des perturbations ondes sirables de la surface de l'eau.Pour la production d'ondes planes, cette demande antérieure décrit un profilé en U ouvert en bas et plongeant dans le liquide, dans lequel aboutit une canalisation d'amenée d'air par une rangée d'orifices situés au-dessus de la surface du liquide. A travers ces orifices, devant avoir des diamètres différents en raison de la perte de charge dans la canalisation d'amenée d'air, l'air pulsé pénètre dans l'espace délimité par le profilé en U et la surface liquide et produit de ce fait l'ondulation souhaitée. L'air quitte cet espace par une ouverture dans la partie supérieure du profilé. Ce dispositif a l'inconvénient qu'il est difficile à fabriquer et à régler.Enfin, il faut dans les deux cas une pompe à membrane relativement puissante comme source d'air, dont le moteur doit en outre avoir une caractéristique rigoureusement linéaire pour la précision des mesures, ce qui augmente encore plus la dépense technique. L'invention vise à apporter un procédé comme indiqué au début mais avec lequel il n'y a plus de perturbations indésirables à la surface de l'eau. Le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé doit en outre astre de construction nettement plus simple et permettre le réglage simple de la fréquence et de l'amplitude de l'ondulation. Selon une caractéristique essentielle du procédé de l'invention, une colonne de liquide située au moins dans la région de l'embouchure du système de canalisation, se terminant à l'intérieur du liquide, est animée d'oscillations et utilisée pour la transmission des oscillations à la surface du liquide, de l'eau par exemple. Du fait que la surface liquide est attaquée non plus par un courant d'air pulsé évacué latéralement mais par une colonne de liquide oscillante qui reste en permanence en contact avec le liquide (et ne s'écoule donc pas latéralement), les perturbations lndésirées de la surface de l'eau ne se produisent plus.La colonne de liquide peut titre couplée directement par le système de canalisation ou avec interposition d'un coussin d'air au générateur d'oscillations, de manière que les oscillations produites par ce générateur soient transmises à la surface de l'eau avec maintien rigoureux de leur forme et de leur fréquence. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le système de canalisation se terminant dans le liquide est conformé dans la région de son embouchure de manière que la colonne de liquide se forme par capillarité. Cela oblige à choisir de petites dimensions, de sorte que l'énergie nécessaire à la mise en oscillation de la colonne de liquide est très faible puisque, d'une part, la masse de la colonne est petite, d'autre part, pendant chaque oscillation, le mouvement ascendant de la colonne de liquide, s'effectuant contre la pesanteur, est soutenu par la capillarité. En raison de cette très faible consommation d'énergie, il est possible et avantageux, dans le cadre de l'invention, d'utiliser comme générateur d'oscillations une membrane accouplée à l'élément vibrant d'un haut-parleur. La bobine mobile du haut-parleur peut etre anime de façon simple, par un générateur, d'oscillations exactement sinusoldales, par exemple, lesquelles sont alors transmises à la surface de l'eau par la colonne de liquide. Il est naturellement possible aussi de transmettre des oscillations autres que sinusoSdales de façon exacte à la surface de l'eau. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des figures l à 4 du dessin annexé. La figure 1 montre la région d'embouchure d'un système de canalisation 2 se terminant dans un liquide 1. Le liquide 1 est contenu dans une cuve à ondes, dont seul le fond 4 est visible. La région d'embouchure du système de canalisation 2 est formée par un tronçon de tube 3 ayant un diamètre r. Le diamètre r et le matériau du tronçon de tube 3 sont choisis de manière qu'une colonne de liquide 5 de la hauteur h se forme par capillarité dans le tronçon de tube 3.La hauteur de la colonne de liquide est déterminée par la formule de Jurin 2A cos h = r. #.g où est l'angle entre la surface du liquide et la paroi p est la masse de la colonne de liquide A est la force issue de la capillarité r est le rayon intérieur du tronçon de tube 3 g est la pesanteur Comme matériau pour le tronçon de tube 3, on peut utiliser-un métal ou un matériau analogue, de l'aluminium par exemple, dont la surface a eté finement sablée ou soumise à un traitement analogue. Dans le tronçon de tube 3 débouche, d'en haut, un tuyau 6 qui mène au générateur d'oscillations non représenté sur la figure 1. Le coussin d'air se trouvant dans le tuyau 6 et dans l'espace 7 audessus de la colonne 5 est mis en vibration par le générateur d'oscillations, de manière que la colonne de liquide 5 dans le tronçon de tube 3 est animée d'un mouvement oscillant de montée et d'abaissement, mouvement au cours duquel la colonne 5 forme en permanence - donc également å sa position la plus basse - un bouchon fermant le tronçon de tube 3 et restant en contact avec ie liquide 1. Danstl'exemple de la figure 2, le système de canalisation 2 se terminant à l'intérieur du liquide 1 est conformé dans la région de son embouchure à la façon d'un élément en U 8 qui est ouvert en bas et dont les ailes sont désignées par 9 et 10. L'écartement des ailes 9 ét 10 est de nouveau choisi de manière qu'il se forme antre elles une colonne de liquide 5. La flèche il indique que le volume 7 se trouvant au-dessus de la colonne de liquide 5 communique avec le générateur d'oscillations, de préférence par plusieurs raccordements répartis sur la longueur de l'élément en U 8. La figure 2 montre une autre particularité de l'invention: l'aile 9 de l'élément en U 8 s'étend jusqu'au fond 4 de la cuve à ondes, tandis que l'aile 10 affleure seulement la surface de l'eau. Les ondes planes produites se propagent de ce fait seulement dans une direction (vers la droite), tandis que la zone située à gauche de l'élément en U 8 reste tranquille. L'élément en U 8 peut être droit mafs il peut également avoir toute autre forme desiréei une autre forme la forme circulaire, est représentée sur la figure 3. L'espace annulaire 7 se trouvant dans ce cas au-dessus de la colonne de liquide 5 est de nouveau relié à plusieurs endroits - indiqués par les flèches Il au générateur d'oscillations. L'aile intérieure 14 de l'élément ou profilé 8 s'étend jusqu'au fond 4 de la cuve à ondes, tandis que l'aile extérieure 15 s'arrête à une faible distance sous la surface du liquide. A l'intérieur de l'élément annulaire 8 est ainsi formée une zone tranquille, tandis que les ondes se propagent en cerclas vers l'extérieur. Le petit tube 3 de la figure 1 et l'élément en U 8 des figures 2 et 3 ont de préférence des dimensions suffisamment petites pour que la colonne de liquide soit formée par capillarité. Le diamètre r du petit tube 3 et l'écartement des deux ailes du profilé en U peuvent etre de 2 mm par exemple en cas d'utilisation des matériaux mentionnés ci-dessus. La figure 4 montre schématiquement un exemple de réalisation d'un générateur d'oscillations selon l'invention. 16 désigne globalement un générateur électronique d'oscillations, de préférence d'ondes sinusoTdales pour basses fréquences. Ce générateur agit par l'intermédiaire d'un amplificateur 17 sur la bobine 18 d'un haut-parleur. A l'élément vibrant du haut-parleur, à sa bobine mobile par exemple, est accouplée une membrane 20 qui forme une paroi d'un bottier fermé 21. De ce bottier 21 part le tuyau de raccordement 6 menant à l'espace 7 au-dessus de la colonne de liquide 5. Les vibrations -ou oscillations produites par la membrane 5 peuvent ainsi etre transmises de façon exacte à la colonne de liquide 5. RE VEND I CAT IONS 1. Procédé pour produire des ondes aur une surface liquide par un système de canalisation débouchant au voisinage de la surface liquide, caractérisé en ce qu'une colonne de liquide (5) située au moins dans la région de l'embouchure du système de canalisation (2), se terminant à l'intérieur du liquide (1), est animée d'oscillations et utilisée pour la transmission des oscillations à la surface du liquide, de l'eau par exemple. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de canalisation (2) débouche à l'intérieur du liquide (1) et est couplé à un générateur d'oscillations (18 à 21) destine à produire des oscillations de pression. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la colonne de liquide (5) est directement couplée au générateur d'oscillations. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le système de canalisation (2) se terminant dans le liquide (1) est conformé dans la région de son embouChure de maniere que la colonne de liquide (5) se forme par capillarité. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé -an ce que le générateur d'oscillations est formé par une membrane (20) accouplée à l'élément vibrant (19) d'un haut-parleur. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la système de canalisation (2) se terminant dans le liquide (1) est conformé dans la région de son embouchure comme un petit tube (3) qui est disposé à peu près perpendiculairement à la surface liquide et dont le diamètre est suffisamment petit pour que la colonne de liquide (5) puisse se former par capillarité. 7. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le système de canalisation (2) se terminant dans le liquide (1) est conformé dans la région de son embouchure comme un élément en U(8) ouvert en bas et de forme allongée, dont les ailes latérales (9, 10 respectivement 14, 15) ont un écartement suffisamment petit pour assurer la formation d'une colonne de liquide à l'intérieur par capillarite, l'écartement étant par exemple de 2 mm. 8. Dispositif selon la revendication 7, installé sur une cuve à ondes, caractérisé en ce que l'une (9, 14) des deux ailes (9, 10 respectivement 14, 15) de l'élément en U (8) s'étend jusqu'au fond (4) de la cuve à ondes. 9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que I'élément en U (8) de forme allongée est rectiligne. 10. Dispositif selon la revendication 7 ou 8J caractérisé en ce que l1élément en U (8) de forme allongée est courbe, circulaire par exemple.