Pourquoi est-ce que le café accroche à la cafetière lorsque j’essaie de me servir une tasse ?

Vous avez sûrement déjà remarqué ce phénomène plutôt agaçant : le café qui s'écoule le long de la verseuse au lieu d'aller directement dans votre tasse. Cela n'a rien à voir avec la malchance…

Vous avez sûrement l'impression que le café ne veut pas être bu et s'accroche tant bien que mal à la cafetière. Eh bien, ce n'est pas totalement faux. S'il est si compliqué de verser du liquide dans une tasse, c'est bien dû à l'adhérence des fluides sur les surfaces. Ce phénomène est connu sous le nom de l'effet Coanda.

Il s'agit d'un phénomène fantastique qui permet de faire voler des avions dans le ciel, mais il peut aussi être très agaçant à 7h du matin lorsque l'on vient de tacher son pantalon. Pour les avions, l'air environnant adhère aux ailes et génère la portance nécessaire au vol ; tandis que dans le cas des tasses, le liquide à l'intérieur s'accroche à la lèvre incurvée de la tasse et coule le long de sa surface, laissant un désordre à nettoyer.

L'effet Coanda : qu'est-ce que c'est ?

Ce phénomène est connu depuis les années 1910. L'effet Coanda est la tendance d'un fluide, tel que l'air ou tout autre liquide, à adhérer et à s'écouler le long de surfaces planes et courbes. L'effet Coanda peut être interprété en termes d'équilibre entre les forces de pression et les forces centrifuges agissant sur un volume élémentaire de fluide.

D'un côté, nous avons la vitesse du fluide avec sa masse volumique et le rayon de courbure ; de l'autre, nous avons la pression dans le fluide. Deux forces vont s'opposer : la pression et la vitesse dans le fluide.

Que se passe-t-il pendant le versement ?

Les molécules de fluide à l'intérieur de la tasse sont soumises à la pression ambiante de l'air (P). Lorsque l'on verse d'une tasse, la pression ambiante force le liquide à adhérer à la surface de la tasse. Les molécules restent coincées, même lorsque la surface de la tasse se courbe. Pour éviter que le liquide ne coule, la gravité doit surmonter à la fois la tension superficielle du liquide et l'adhérence du liquide à la surface de la tasse, en raison de l'effet Coanda. Neuf fois sur dix, les forces combinées s'avèrent trop importantes pour que la gravité puisse les surmonter, de sorte que le liquide coule sur la surface de la tasse.

Votre mission si vous l'acceptez :

Votre objectif est d'augmenter le côté gauche de l'équation pour que le liquide se décroche de votre verseuse.

Lorsque vous avez votre verseuse en mains, vous pouvez agir sur trois paramètres :

- La vitesse d'écoulement du fluide (v)

- Le rayon de courbure (r)

- La masse volumique (p)

La vitesse :

Plus vous allez augmenter la vitesse, plus la valeur de gauche va augmenter dans l'équation. Ainsi, vous pourrez contrer la pression qui s'oppose à vous dans l'autre partie de l'équation.

Le rayon de courbure :

Le rayon de courbure est l'angle de votre verseuse. Attention, il est présent dans les deux parties de l'équation. Cependant, sur le côté droit, nous avons son dérivé. Pour faire simple, son dérivé va avoir moins d'impact que sa forme entière. Si vous augmentez r, vous allez diminuer davantage la valeur du côté gauche de l'équation que celle du côté droit. Il faut donc utiliser un angle plus grand par rapport à l'horizontale.

La masse volumique :

La masse volumique dépend des propriétés du fluide. Si vous changez les propriétés de votre café, vous allez changer son goût ainsi que sa texture. Par exemple, si vous ajoutez du sucre dans votre café, vous passez d'une masse volumique de 1000 kg/m³ à 1025 kg/m³. Si vous augmentez (p) la masse volumique, vous allez en effet diminuer les chances de renverser votre café. Cependant, vous risquez surtout de détester cette nouvelle boisson devenue douteuse.

Que devez-vous faire pour enfin maîtriser l'art du petit déjeuner ?

L'effet Coanda dépend d'autres paramètres tels que la température du fluide, la rugosité de la surface de votre verseuse ainsi que la viscosité du fluide sur lesquels vous n'avez pas la mainmise. Ainsi, pour éviter de renverser votre boisson, versez rapidement tout en gardant la tasse à un angle plus grand par rapport au plan horizontal !

EFFET COANDA - Encyclopædia Universalis

Coanda Effect: Why It Is Difficult To Pour Liquid From Mugs? (scienceabc.com)

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Qu'est-ce que l'effet Coanda ? (chosesasavoir.com)

Effet Coandă dans un fluide : explication et exemples (energie-nucleaire.net)