Les ultrasons dans un liquide, c'est un peu comme secouer rapidement une bouteille de soda : on secoue, et des bulles apparaissent. Sauf qu'en science, on appelle cela la cavitation, et les bulles ne flottent pas simplement : elles naissent, grossissent et éclatent avec une force considérable.
Sur le supercalculateur Fugaku au Japon, on a modélisé un véritable océan de cent milliards d'atomes — c'est comme si chaque goutte d'eau d'un petit étang était un atome individuel. On a dirigé des ultrasons sur cet « océan » et observé ce qui se passe près de la source sonore. Auparavant, de telles simulations ne dépassaient pas quelques centaines de millions d'atomes — cela suffisait pour voir une seule bulle, mais pas toute une foule.
Il s'avère que les bulles se rassemblent en grands amas près de l'émetteur sonore — comme la mousse qui se forme au robinet quand on fait couler l'eau. Ces amas se fragmentent périodiquement en petits groupes, puis se reforment. Et tout ce cycle se répète au rythme des oscillations de la source sonore.
Les scientifiques ont aussi remarqué que les oscillations des bulles sont plus lentes que le son lui-même — on appelle cela des sous-harmoniques. Ce comportement avait déjà été observé expérimentalement, mais sans explication au niveau moléculaire. Désormais, on comprend que cela est lié à la façon dont les bulles se regroupent et se dispersent.
Fait intéressant : les bulles elles-mêmes ne gênent presque pas la propagation du son dans le liquide. Autrement dit, la cavitation près de la source n'affecte pas beaucoup l'acoustique globale. C'est important pour la pratique : par exemple, dans le nettoyage par ultrasons ou dans les dispositifs médicaux où les bulles servent à fragmenter les calculs rénaux ou à délivrer des médicaments.
Cent milliards d'atomes, c'est comme cent milliards de minuscules billes qui obéissent aux lois de la physique. Et maintenant, nous pouvons voir comment, à partir de ces billes, naît une mousse qui nettoie, soigne et détruit.
Lorsqu'ils s'effondrent, les bulles de cavitation peuvent atteindre des températures de plusieurs milliers de degrés — comme la surface du Soleil, mais pendant un instant infime.
Dans le roman « Solaris » de Stanislas Lem, l'océan pensant se comporte de manière imprévisible — un peu comme les milliards d'atomes de la simulation qui se mettent soudainement à s'assembler en bulles.