Oiseau buveur

Représentation de deux oiseaux buveurs.

Un oiseau buveur est un jouet thermodynamique à bascule. Il est animé par l'évaporation de l'eau qu'il « boit » ; il s'agit donc d'un moteur à eau.

Constitution

L'oiseau est composé d'un support et d'un balancier équilibré. Le balancier est creux, et en trois parties visibles :

• La tête est une boule creuse.
• Le cou est un tuyau
• L'arrière est une boule creuse pénétrée en profondeur par le tuyau constituant le cou.
• Le liquide est constitué d'un colorant et de dichlorométhane

Le tout est partiellement rempli d'un fluide ayant deux phases, en équilibre liquide/vapeur.

Fonctionnement

L'oiseau est un petit moteur à balancier, dont le cycle de fonctionnement compte quatre étapes :

1. La tête est mouillée. L'air ambiant, qui constitue la source de chaleur, étant en général non saturé en eau (sous une cloche hermétique l'oiseau buveur ne fonctionne pas), cette eau s'évapore petit à petit. Ce phénomène d'évaporation refroidit la tête de l'oiseau.
2. Le gaz de la tête se refroidit sous l'effet de l'évaporation, la pression du gaz au niveau de la tête diminue. Le liquide sous l'effet de cette dépression monte dans la colonne.
3. Arrivée à une certaine hauteur (dépendant du modèle, de son équilibrage...) cette colonne de liquide déséquilibre l'oiseau qui penche la « tête » dans le verre d'eau, en se mouillant de nouveau la tête.
4. En position inclinée, du gaz passe entre la partie inférieure et la partie supérieure de l'oiseau. Les pressions se rééquilibrent. La colonne de liquide redescend. L'oiseau reprend sa position d'équilibre vertical avec sa tête de nouveau humidifiée ; le cycle peut recommencer.

Principes physiques

L'oiseau buveur illustre plusieurs principes et concepts de physique élémentaire, dont:

• La loi de Charles, qui établit le rapport entre la température et la pression exercée par un gaz dans un volume déterminé
• La loi d'Avogadro, qui établit le rapport entre le nombre de molécules d'un gaz et la pression dans un volume déterminé
• La statistique de Maxwell-Boltzmann, qui établit que dans un volume et une température déterminés les molécules ont divers états énergétiques et peuvent par conséquent coexister en plusieurs états
• L'enthalpie de vaporisation (et de condensation), qui établit qu'une substance absorbe (ou libère) de la chaleur lorsqu'elle change d'état à température constante
• Le moments des forces les barycentres des corps
• La capillarité appliquée aux matériaux poreux

Mouvement perpétuel

Bien qu'à première vue l'objet semble réaliser un mouvement perpétuel, il n'en est rien. Pour s'en convaincre, il suffit d'attendre qu'il n'y ait plus d'eau dans le récipient dans lequel l'oiseau boit. De même, si l'on construit une enceinte et que l'on y enferme l'eau l'oiseau et le récipient d'eau liquide, le système finira par s'arrêter lorsque l'enceinte sera saturée en vapeur d'eau, stoppant l'évaporation et empêchant l'air à l'intérieur de l'oiseau de se refroidir à nouveau.

Culture

On en voit dans le premier repas que prennent les voyageurs du film Alien - Le huitième passager, dans le bureau du directeur de la prison d'Alien³ et sur le bureau du policier Noir commis aux affaires classées dans le film Max Payne. L'oiseau buveur est également un objet récurrent dans plusieurs épisodes des Simpson.