Une étude du MIT explique comment les substances liquides se déplacent sur des surfaces chaudes sans s’évaporer

Une étude Du Mit Explique Comment Les Substances Liquides Se

Connaissez-vous « l’effet Leidenfrost » ? C’est le nom donné à la capacité des substances liquides à se déplacer sur des surfaces chaudes sans s’évaporer. Cela a été observé d’innombrables fois, mais un papier publié par des scientifiques du Massachusetts Institute of Technology (MIT) cherche à expliquer cet effet de manière pratique.

L’effet Leidenfrost est plus facile à comprendre lorsqu’on prend comme exemple un épisode de la série « Mythbusters » (« Myth Hunters », au Brésil). En 2009, le présentateur Adam Savage s’est mouillé les mains et les a trempées – quoique brièvement – dans du plomb fondu, sans lui faire de mal. Voir la vidéo ci-dessous :

Explication : lorsque des gouttes d’une substance liquide tombent sur une surface beaucoup plus chaude que son point d’ébullition, au lieu de s’évaporer rapidement, ce liquide « marche ».

En effet, un petit nuage de vapeur se forme entre le point de contact entre le liquide et la surface chaude, faisant office de « matelas ». Fait intéressant, cet effet a également un déséquilibre thermique qui fonctionne comme un mécanisme de propulsion – en d’autres termes, non seulement le liquide restera liquide, mais il « roulera » également autour de l’endroit, un peu comme une roue (y compris la « roue de Leidenfrost » est un nom donné à cette partie).

De retour au MIT, l’équipe derrière le nouveau papier – l’ingénieur en mécanique Kripa Varanasi et son étudiant diplômé Victor Julio Leon – ont cherché à établir une utilisation plus pratique de cet effet, en menant une expérience qui consistait à verser de très petites gouttelettes d’eau – entre 10 et 100 microns d’épaisseur – protégées par une fine couche huileuse sur une surface très chaude.

On s’attendait à ce que l’assemblage se déplace très lentement, car la viscosité de l’huile est environ 100 fois supérieure à celle de l’eau, par exemple (et cela augmente le frottement avec la surface). Le résultat, cependant, était le contraire, avec un mouvement beaucoup plus rapide que s’il s’agissait simplement d’eau protégée par de la vapeur.

« Nous avons été surpris à plusieurs niveaux de ce qui s’est passé, car l’effet était complètement inattendu », a déclaré Varanasi. « C’est une réponse relativement complexe à quelque chose d’apparemment très simple, mais le tout a vraiment créé cette propulsion accélérée »

En analysant les résultats eux-mêmes, les experts ont conclu qu’une fine « couche » s’est formée autour des gouttes. Au fur et à mesure que les gouttes chauffaient, des bulles de vapeur se formaient entre l’eau et l’huile, formant une traînée qui servait à pousser l’ensemble dans une certaine direction. Les bulles se forment également plus rapidement que le transfert de chaleur entre la surface et les substances, ce qui leur permet de rester intactes plus longtemps.

Sur la base des conclusions, Varanasi et Leon déclarent dans le papier que les découvertes ont des applications pratiques : la micro-robotique, par exemple, implique le revêtement de pièces dans des couches huileuses, et il en va de même des processus de fonte de la glace dans des systèmes complexes ou du nettoyage et de l’élimination des dépôts poreux (comme les machines dans les zones côtières, qui accumuler du sel). Tous peuvent bénéficier de ce type de processus.

Les informations sur l’étude ont été publiées dans la revue Lettres d’examen physique.