Les flaques boueuses et boueuses créées par les tempêtes de pluie d’été doivent leurs limites aux creux dans la chaussée ou le sol. Mais si un verre de vin se répand sur un comptoir (hypothétiquement) parfaitement plat, qu'est-ce qui empêche la flaque de s'étendre pour toujours? Jusqu'à présent, la description des écoulements de fluides par les physiciens ne pouvait pas vraiment expliquer pourquoi les flaques d'eau s'arrêtaient.
Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology ont la réponse, rapporte Charles Q. Choi pour Inside Science .
En utilisant le modèle classique, les physiciens décriraient la dispersion de liquide comme le résultat d'une «compétition entre la gravité et la tension superficielle», écrit Choi. La gravité entraîne le liquide vers le bas et répand la flaque d'eau, tandis que la tension superficielle, où les molécules sont étroitement liées, fait perler les gouttelettes.
Mais si le modèle classique peut être utilisé pour expliquer la forme finale d'une flaque d'eau, il n'explique pas comment la flaque d'eau a commencé à se répandre. Les calculs impliquent plutôt que les forces au bord de la flaque soient trop fortes pour permettre la propagation du tout. «Dans une vue macroscopique de ce problème, rien n’empêche la flaque de se répandre. Il manque quelque chose ici », explique Amir Pahlavan, un étudiant diplômé du MIT dans un communiqué de presse.
Il est clair que les flaques d'eau se répandent, alors les physiciens peaufinent leur modèle pour expliquer pourquoi. Michael Schirber écrit pour APS Physics :
Une solution populaire consiste à supposer qu'un mince film microscopique recouvre la surface en avant de la flaque. De tels films précurseurs ont été observés pour des flaques qui s'étendent complètement en une mince feuille plate - le cas dit de «mouillage complet» - mais ils ne peuvent pas expliquer les flaques qui s'étalent sur une courte distance puis s'arrêtent (mouillage partiel).
Maintenant, Pahlavan et ses collègues ont compris ce qui empêche la flaque - les forces agissant à l’échelle nanométrique. Les chercheurs ont considéré un film de liquide de moins de 100 nanomètres d'épaisseur, où une force appelée force de van der Waals commence à agir. Cette interaction décrit un phénomène dans lequel le nuage d'électrons bourdonnant autour d'un atome fluctue de manière aléatoire et dont la charge a tendance à s'accumuler dans une zone d'une molécule, créant ainsi des zones légèrement positives et légèrement négatives. Les molécules voisines font la même chose, avec pour résultat que les molécules sont soit attirées soit repoussées les unes par les autres.
Ces forces agissant dans le liquide, l'air autour de la flaque et la surface sur laquelle la flaque repose sont suffisantes pour empêcher la flaque de se répandre, quelle que soit sa taille. Les chercheurs ont publié leurs résultats dans la revue Physical Review Letters .
Leur modèle pourrait avoir plusieurs applications, allant de la réfrigération de l'électronique à la séquestration de dioxyde de carbone (certains plans prévoient l'injection d'un liquide chargé de dioxyde de carbone dans des roches poreuses). Mais pour ces applications, les chercheurs devront développer le modèle pour expliquer comment les liquides s'écoulent sur des surfaces rugueuses. «Une vraie surface n'est jamais complètement plane et lisse», a déclaré Pahlavan à Choi pour Inside Science . "Il y a toujours une certaine rugosité à prendre en compte, ce qui entraîne l'apparition de nombreuses nouvelles fonctionnalités."
