Veille de Noël, 1974. Confortablement installé, le physicien Franck S. Crawford s’apprête à savourer une tasse de chocolat chaud avec son amie Nancy Steiner, lorsque celle-ci se rend compte d’un phénomène étonnant.
Lorsqu’elle tapote, avec sa cuillère, sa tasse après y avoir versé la poudre chocolatée, un son de plus en plus aigu se fait entendre !

Tasse de chocolat chaud, photo : Buse Doga Ay
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Franck et Nancy décident de tenter l’expérience en utilisant d’autres contenants (verre, mug…) et découvrent que le phénomène se reproduit. Il n’est donc pas lié à la tasse, mais au breuvage… Plus spécifiquement, aux bulles présentes dans le chocolat (ou d'autres boissons instantanées, comme le café) !

Bulles à la surface d'un café, photo : Viktor Talashuk
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Lorsque l’on donne un coup de cuillère sur une tasse remplie d’eau, on entend un son à une fréquence particulière. Plus la fréquence est élevée, plus le son est aigu, et plus elle est basse, plus il est grave.

Or cette fréquence dépend de deux choses : la vitesse des ondes sonores dans le liquide, et la hauteur du liquide.

Illustration Sciencetips
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Dans le cas de notre tasse de chocolat, la hauteur du liquide ne varie pas (du moins, au moment où Nancy tapote la tasse). C’est donc la vitesse du son qui change, et fait varier la fréquence.

En effet, lorsque l’on verse le lait sur la poudre, cette dernière dégage du gaz (d’où la présence de petites bulles à la surface). Or, le son se déplace 4 à 5 fois plus lentement dans l’air que dans le lait. Résultat, la vitesse du son dans la tasse dépend de la quantité de bulles d’air dans le chocolat.

Illustration Sciencetips
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Au début, il y en a beaucoup : la vitesse et la fréquence sont donc au plus bas, et le son grave. Puis, au fur et à mesure que les bulles disparaissent, la vitesse augmente jusqu’à atteindre celle dans le liquide sans gaz. Le son devient alors plus aigu. 

Et il peut beaucoup varier : Franck a obtenu jusqu’à 3,5 octaves de variation, soit la moitié du clavier d’un piano !

v : vitesse du son, f : fréquence du son, h : hauteur du liquide, illustration Sciencetips
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Oups ! Malgré nos relectures attentives, une erreur s'est glissée dans notre newsletter du 19 novembre. Il s'agissait bien d'une distance d'environ 770 000 km et non de 2 milliards. Un grand merci à nos vigilants lecteurs pour leurs messages !

Pour en savoir plus :

Sur l’effet chocolat chaud

Sur les propriétés du son

Sur les fréquences sonores (newsletter Sciencetips)

Comprendre pourquoi vos tasses de chocolat chaud font de la musique en vidéo !