Goûter Maths

Sauce plus intelligente


Une expérience montre les capacités d’intelligence de singes supérieure aux humains. Ils sont capable de mémoriser en une fraction de secondes l’emplacement de nombres et de les toucher ensuite dans l’ordre croissant.

https://www.youtube.com/watch?v=PSX4D1HUiws

Le Blob aussi a des capacités d’apprentissage extraordinaire. Mais voyons comment une sauce à salade est capable de prouesses qui vous sont aussi supérieure.

Vous allez voir un labyrinthe durant 1 seconde, puis vous devez dessiner la route de sortie. Vous êtes prêt ? Appuyez sur le bouton pour révéler le labyrinthe.

Pas facile n’est-ce pas ? A l’oeil, il faut explorer les chemins, parfois ce sont de mauvais chemins, et il faut revenir en arrière. On ne peut pas non plus avoir un oeil qui explore un chemin pendant que l’autre oeil explore un autre chemin. L’idéal serait d’aller droit au but.

Voyons à présent de quoi est capable une sauce à salade pour trouver en une seconde la sortie, et sans perdre du temps à explorer les mauvais chemins.

Le processus ci dessus est très rapide, en temps réel, dans un labyrinthe horizontal rempli d’eau dans lequel on verse notre sauce magique.

Il ne s’agit pas de diffusion comme ci-dessous, qui est une vidéo accélérée 60 fois. Dans le processus de diffusion, les molécules rouge se déplacent aléatoirement dans toutes les directions. Lorsqu’elles cognent d’autres molécules, elles rebondissent et repartent dans une direction aléatoire. Toujours à la même vitesse. La vitesse d’agitation thermique qui est la vitesse de propagation du son dans le milieu. Ici à 20°C.

Avec cet algorithme, les molécule explorent tout l’espace de la même manière selon la distance du point d’origine. Si l’on attend longtemps, tout le labyrinthe aura été colorié en rouge. Il n’y a pas de direction particulière vers la sortie. le front grandit avec des cercles concentriques selon la distance à parcourir depuis le point d’origine.

Les molécules au départ n’ont aucune connaissance du labyrinthe en entier, et il n’y a pas d’information des autres parties du labyrinthe qui puisse les influencer là où elles sont au début à l’entrée du labyrinthe.

Les lois de diffusion de Fick: la première loi de Fick est analogue à la loi de Fourier pour la chaleur, et la seconde (qui se déduit de la première) à l’équation de la chaleur introduite par Joseph Fourier.

Le flux est proportionnel au gardien de concentration.

{\displaystyle \mathbf {j} _{j}=-{\mathcal {D}}_{ij}\nabla C_{j}}

Cela explique que la vitesse de propagation diminue puisque la concentration au bord est plus faible.

{\displaystyle {\frac {\partial C_{i}}{\partial t}}+\nabla \cdot \mathbf {j} _{i}=0} que l’on peut dériver pour obtenir l’équation différentielle de forme bien connue:

Cette loi de conservation de la matière est appelée équation de la diffusion ou seconde loi de Fick. Elle est en tout point analogue à l’équation de la chaleur

Le coefficient de diffusion dépend de la température par la relation:

{\displaystyle {\mathcal {D}}_{ij}={\frac {kT}{6\pi r_{i}\mu _{j}}}}

si bien qu’à partir de la vitesse de propagation dans le labyrinthe à 1°C et à 90°C, on peut extrapoler la pente et obtenir une estimation du zéro degré kelvin absolu quand il n’y a plus d’agitation thermique.

La longueur de diffusion est L= 2 sqrt(Dt)

Pour aller plus loin:

https://www.lycee-champollion.fr/IMG/pdf/asds_fick.pdf

Pour notre sauce à salade il en est tout autrement et elle suit un algorithme bien plus efficace. Voyons une autre video, duale de la précedente pour bien comprendre. Cette fois la sauce à salade magique est transparente et une goutte est placée sous le doigt magique.

Ce qui rend le parcours du labyrinthe si efficace, c’est qu’il s’agit d’un algorithme délocalisé. Instantanément la sauce a l’information de l’entièreté du labyrinthe, un peu comme si on prend une photo du labyrinthe vu d’en haut. En réalité le labyrinthe est mis sous tension.

Sur l’image ci-dessus, le labyrinthe d’eau est recouvert de pollen très hydrophobe saupoudré. Le pollen de licopode est source de nutriments et protéines. De la poudre de cannelle peut aussi être utilisée de la même façon.

Les spores jaunes sont à la surface posés sur l’eau. Ils se tiennent tous serrés car ils n’aiment pas l’eau.

Vient alors le doigt magique qui a été trempé dans une solution de lécithine de soja. La lécithine est une molécule qu’on trouve aussi dans le jaune d’oeuf et qui permet de faire la mayonnaise en se plaçant entre l’eau et l’huile de la mayonnaise. La lécithine adore s’étaler à la surface de l’eau. Tout le contraire de la lécithine.

Mais comment définir à la sauce magique ce que représente la sortie du labyrinthe ? c’est la grand compartiment au bout à droite. Là, elle pourra s’étaler à son aise.

A la fin on se régale avec les murs du labyrinthe en vache kiri :

on peut pour cela découper des tranches de vache kiri assemblées, ou utiliser une poche à douille pour extruder les murs.

On pourrait aussi concevoir un plat avec des petits bateaux propulsés à la tension superficielle et que l’on rencontre souvent dans les petites expériences avec de l’eau savonneuse à remplacer par licopode/cannelle + lécithine de soja. D’autres plats peuvent être explosif en bouche avec Effet geyser du mélange Mentos-boisson gazeuse


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