Je me demande si vous aussi dans votre enfance vous avez connu ça. 
Selon votre âge, vous voyez peut-être ce jouet qui n’en est pas vraiment un, mais qui date d’un paquet d’années. 
Moi, j’étais genre hyper fasciné par le fameux oiseau buveur. 
Tu sais, cet oiseau qui picole tout le temps dans l’eau qui est dans le verre et qui ne s’arrête jamais. 
Certains pensaient même que c’était un truc de mouvement perpétuel, genre magique. 
Pour moi, c’est vraiment l’un des trucs les plus ouf de l’ingénierie humaine. 
Parce qu’à première vue, c’est super simple : l’oiseau trempe son bec dans le verre, l’eau touche son bec, alors il y a clairement une histoire de pression pour que ça marche. 
Ensuite, quand l’eau finit, ça remonte. 
Facile, non ? Mais en vrai, c’est beaucoup plus compliqué que ça. 
C’est fou comme ce petit truc est captivant, que ce soit pour les gamins ou même pour les adultes. 
Parce qu’en vrai, peu de gens ont vraiment pigé comment ça marche, ou ont même cherché à comprendre. 
Là, j’ai trouvé une vidéo, en anglais, qui explique tout ça. 
Même Einstein, oui, LE Einstein a eu du mal à comprendre, alors vous voyez… 
Cette vidéo explore le mécanisme d’un jouet connu sous le nom d’oiseau buveur, expliquant son fonctionnement grâce aux principes de la thermodynamique. L’ingénieur y détaille comment les différences de température entre la tête et la base de l’oiseau, entraînées par l’évaporation de l’eau (ou d’autres liquides), créent des variations de pression qui font monter et descendre le liquide interne, provoquant ainsi le mouvement de balancier. Le processus est présenté comme un exemple simple d’un moteur thermique, reliant le jouet à des machines plus complexes comme les turbines à vapeur et les moteurs à combustion. Le créateur mentionne également l’histoire fascinante du jouet et sa capacité à déconcerter même des esprits brillants.
Introduction
Ce document examine les principes d’ingénierie et thermodynamiques qui sous-tendent le fonctionnement de l’oiseau buveur, un jouet apparemment simple qui a captivé l’attention de figures historiques notables. En analysant son mécanisme interne et les différentes méthodes pour activer son mouvement, nous pouvons mieux comprendre comment ce dispositif transforme les différences de température en mouvement mécanique.
Origine et Histoire
Bien que l’oiseau buveur ait une longue histoire, sa forme actuelle est attribuée à Miles V. Sullivan, un scientifique de Bell Labs. Inventeur de jouets à ses heures perdues, son travail sur cet appareil a été salué. Le jouet est réputé pour avoir intrigué des personnalités comme le président américain Herbert Hoover et le scientifique Albert Einstein, qui ont apparemment eu du mal à comprendre son fonctionnement sans le démonter.
Principes de Fonctionnement
Le fonctionnement de l’oiseau buveur repose sur les principes de la thermodynamique, en particulier la relation entre la température, la pression et l’état de la matière. Le cœur de son mécanisme est un cycle basé sur l’évaporation et la condensation d’un liquide volatile.
| Composition Interne | L’oiseau est rempli de chlorure de méthylène, un liquide teinté en rouge, qui est très volatil, c’est-à-dire que son point d’ébullition est proche de la température ambiante. Un tube s’étend presque jusqu’au fond de la base, séparant la vapeur dans la base de la vapeur dans le tube et la tête. |
|---|---|
| Activation Initiale | Le processus commence en mouillant le bec de l’oiseau avec de l’eau. Le bec est recouvert d’un tissu qui absorbe et retient l’eau. |
| Refroidissement Évaporatif | L’évaporation de l’eau du tissu sur la tête de l’oiseau retire de l’énergie (chaleur) de la tête. Ce processus de refroidissement est similaire à l’effet que l’on ressent en sortant de la douche. |
| Condensation et Chute de Pression | Le refroidissement de la tête provoque la condensation d’une partie de la vapeur de chlorure de méthylène à l’intérieur. La condensation réduit considérablement la quantité de vapeur dans la tête (le liquide étant beaucoup plus dense que la vapeur), ce qui entraîne une forte baisse de la pression dans la tête. |
| Augmentation du Liquide dans la Tête | Comme la pression dans la tête chute en dessous de la pression dans la base, la pression plus élevée dans la base pousse le liquide rouge à monter dans le tube vers la tête. |
| Changement du Centre de Gravité et Inclinaison | Lorsque le liquide remplit la tête, le centre de gravité de l’oiseau se déplace vers l’avant, ce qui provoque l’inclinaison de l’oiseau. |
| Le « Buveur » et l’Égalisation de la Pression | L’inclinaison amène le bec de l’oiseau à toucher l’eau dans le récipient. Pendant cette inclinaison, si l’oiseau se penche suffisamment en avant (bien que ce ne soit pas toujours le cas en fonctionnement normal), le niveau de liquide dans la tête descend en dessous du sommet du tube et le niveau de liquide dans la base descend en dessous de la section du tube qui atteint presque le fond. Ceci permet à la vapeur dans la tête et la base de se reconnecter et aux pressions de s’égaliser (ou presque). |
| Retour à la Position Verticale et Répétition du Cycle | L’égalisation de la pression permet au liquide de s’écouler de la tête vers la base. L’oiseau revient à sa position verticale et le cycle recommence tant qu’il y a de l’eau pour mouiller le bec et que les conditions d’évaporation sont présentes. |
La Nature « Non Perpétuelle » du Mouvement
[!Note]
Il est crucial de noter que le mouvement de l’oiseau n’est pas un mouvement perpétuel. Le mouvement s’arrête lorsque toute l’eau du bec s’est évaporée, car c’est l’évaporation qui entraîne le refroidissement nécessaire pour maintenir le cycle.
Aspects Clés de l’Ingénierie
La conception de l’oiseau buveur présente plusieurs aspects d’ingénierie intelligents :
| Choix du Liquide Volatil | L’utilisation de chlorure de méthylène, un liquide très volatil, est essentielle. De petits changements de température entraînent un grand changement du rapport vapeur/liquide, ce qui provoque une variation significative de la pression, moteur du mouvement. « l’oiseau’s designer chose a highly volatile liquid… because we’re small changes in temperature there’s a large change from the vapor to liquid into the variation of pressure is large ». |
|---|---|
| Joint Séparant les Espaces de Vapeur | Le tube qui s’étend presque jusqu’au fond de la base est crucial pour maintenir la séparation des pressions entre la tête et la base lorsque l’oiseau est en position verticale. |
| Matériau Absorbeur sur la Tête | Le tissu sur la tête absorbe efficacement l’eau, maximisant le refroidissement par évaporation. |
Variations de l’Activation et Leur Impact
Les extraits démontrent que l’oiseau peut être activé de différentes manières, ce qui affecte la vitesse de son mouvement :
| Eau (Refroidissement par Évaporation) | C’est la méthode standard, reposant sur l’évaporation de l’eau. |
|---|---|
| Refroidissement Direct (Gaz Comprimé/Alcool Isopropylique) | L’application directe d’un réfrigérant sur la tête provoque une condensation rapide et une montée immédiate du liquide. « as the cool gas strikes you see liquid condensing inside the head and as you see on the left this causes the liquid in the base to rise ». |
| Chauffage de la Base (Lampe Chauffante/Main) | Le chauffage de la base augmente la température et la pression dans la base, forçant le liquide à monter. Une lampe chauffante dirigée vers la base peinte en noir (pour une meilleure absorption de la chaleur) peut également provoquer le mouvement. |
| Utilisation d’Autres Liquides (Whisky) | L’utilisation d’un liquide plus volatil que l’eau, comme le whisky (qui contient de l’alcool), entraîne une évaporation plus rapide et donc un mouvement plus rapide. « the reason the bird drinks whisky faster than water is because the rate of evaporation of the alcohol is greater than that of water ». |
L’Oiseau Buveur comme Machine Thermique
Du point de vue de l’ingénierie, l’oiseau buveur est fondamentalement une machine thermique. Il convertit une différence de température en travail mécanique (le mouvement de basculement).
| Cycle de la Machine Thermique | Le cycle de l’oiseau peut être décrit en termes d’absorption et de rejet de chaleur. « when the bird is just about to drink that its head is at a lower temperature than its base which is at ambient temperature… when it drinks the pressure in the head and base start to equalized so the liquid returns to the base… the base draws in energies heat the head then rejects some energy as heat and the bird drinks again ». |
|---|---|
| Définition d’une Machine Thermique | « these two flows define a heat engine a device operating in a cycle that absorbs heat from a high temperature reservoir converts part of it into work and rejects the remainder into a low temperature reservoir ». |
| Lien avec d’Autres Machines Thermiques | L’oiseau buveur, en tant que machine thermique, partage des principes communs avec d’autres appareils majeurs qui animent notre monde, tels que les turbines à vapeur (production d’électricité), les moteurs diesel (transport maritime) et les turbines à gaz (aviation). |
Conclusion
L’oiseau buveur, au-delà d’être un jouet intrigant, est un excellent exemple des principes de base de la thermodynamique appliqués à la conception d’un appareil ingénieux. Son fonctionnement repose sur la création et l’exploitation d’une différence de pression causée par les changements d’état d’un liquide volatil en réponse aux différences de température, démontrant clairement le concept d’une machine thermique à petite échelle. Son histoire et sa capacité à défier l’entendement de figures scientifiques soulignent l’élégance de sa conception.