Le mystère de la brume de café presque élucidé

Si l’énigme de la brume de café s’est un peu éclaircie, elle continue de résister à la science.
Photo: Pedro Ruiz Le Devoir Si l’énigme de la brume de café s’est un peu éclaircie, elle continue de résister à la science.

La «brume» de café se présente comme une fine pellicule blanche à la surface. C’est un mystère de la physique qui, sans qu’on le sache, se pose à nous tous les jours.

Mis au jour il y a près d’un siècle par le physicien japonais Torahiko Terada dans… sa tasse de thé chaud, le phénomène a donné son titre à un essai dans lequel le chercheur s’étonne de l’incroyable palette de processus physiques qui prenaient vie dans sa boisson bouillante : convection, condensation, tourbillons, etc. Autant de phénomènes observables à plus grande échelle dans la nature. Et parmi ceux-ci, une énigme. Cette mince pellicule blanche, flottant à la surface de son thé, et que l’on retrouve aussi à la surface d’un café bien chaud. Une énigme tenace à laquelle vient de s’attaquer une équipe de chercheurs japonais, dans une étude publiée il y a quelques jours dans Scientific Reports.

Ce film blanchâtre qui se fendille en un instant et se divise en petits continents n’a rien à voir avec la nature de la boisson. Il est en réalité lié à l’eau très chaude. Le café ne sert, par sa couleur foncée, que de « révélateur » en raison du contraste qu’il offre. En 1971, le chimiste américain Vincent Schaefer avait formulé l’idée d’une brume : la pellicule serait un assemblage de minuscules gouttes d’eau. Des gouttelettes qui seraient… en lévitation à la surface du café.

Pour en avoir le coeur net, l’équipe japonaise a mis au point un dispositif expérimental simple : verser de l’eau très chaude (de 60 à 90 °C) et en regarder la surface au microscope tout en filmant son évolution. Premier constat : la pellicule est bien constituée de petites gouttes d’environ 10 micromètres de diamètre (un millième de millimètre).

Plus la température est élevée, plus les microgouttes sont nombreuses.

Le deuxième résultat de l’étude confirme en partie l’hypothèse de Schaefer : les microgouttes ne sont pas posées à la surface de l’eau, mais lévitent bien juste au-dessus. Les fractures de la brume se produisent à une vitesse éclair et sont provoquées par la chute dans l’eau d’une seule des microgouttes, qui en entraîne d’autres avec elle dans une sorte de cascade.

Les chercheurs nippons ne sont pas sûrs que la thèse de Schaefer sur la formation de la brume soit correcte. Pour eux, l’assemblage des gouttes selon un treillis révèle plutôt qu’elles sont électriquement chargées. La lévitation pourrait donc être due à un phénomène électrostatique. Dans cette hypothèse, l’effondrement d’une goutte, qui provoque les fissurations rapides de la pellicule, s’expliquerait par la disparition subite de sa charge électrique.

Bref, même si l’énigme de la brume de café s’est un peu éclaircie, elle continue de résister à la science. Comme le notent les chercheurs japonais en conclusion, « une tasse de thé chaud continue de nous fournir d’intéressants phénomènes qui méritent un examen scientifique. Le phénomène que nous avons étudié ici peut être observé chaque jour et devrait avoir été remarqué par de nombreux chercheurs. Cependant, très peu de gens semblent avoir imaginé que des phénomènes aussi fascinants se produisent dans une tasse. »