Les dessous de l'explosion spectaculaire d'une goutte d'eau et d'alcool
Si vous versez une petite goutte d'eau colorée et d'alcool sur un bain d'huile, elle éclate en une impressionnante myriade de gouttelettes. Des chercheurs du laboratoire de Physique et
mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) des milieux hétérogènes ont expliqué le phénomène par une brusque déstabilisation à la
périphérie (Le mot périphérie vient du grec peripheria qui signifie circonférence. Plus...) de la goutte. Ces travaux sont publiés dans la revue Physical Review Letters.
© PMMH
Une goutte d'eau et d'alcool (isopropanol) colorée en bleu s'étale et se fragmente à la surface d'un bain d'huile de tournesol (L'huile de tournesol est une huile végétale obtenue à partir des graines de...). Le tout mesure environ 5 cm.
Posées sur un bain d'huile, les gouttes d'eau restent sous la forme de lentilles. Si l'on utilise à la place un mélange d'eau, d'alcool et d'encre, ces gouttes s'étalent et leur pourtour se déstabilise. De nombreuses petites pointes se forment et libèrent des gouttelettes de mélange, que l'on visualise grâce à l'encre. Si ce phénomène spectaculaire était connu depuis plusieurs années, il vient tout juste d'être expliqué par des chercheurs du laboratoire de Physique et mécanique des milieux hétérogènes (PMMH, CNRS/ESPCI Paris/Université Pierre et Marie Curie/Université
Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...) Diderot). L'ajout d'alcool sur la goutte forme une émulsion, c'est-à-dire une
suspension ( Le fait de suspendre des particules En chimie, la suspension désigne une dispersion de...) de gouttelettes dans un autre
liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...). Comme les bords extérieurs de la goutte sont plus minces que le centre bombé, l'alcool s'y épuise en premier par
évaporation (L'évaporation est un passage progressif de l'état liquide à l'état gazeux. Elle est différente...), ce qui provoque un gradient d'
énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) de surface. Un écoulement centrifuge, facilité par le bain d'huile, entraîne alors vers l'extérieur le mélange du centre de la goutte, plus concentré en alcool. Ce liquide s'accumule à la périphérie et forme un bourrelet qui finit par se déstabiliser.
Celui-ci libère sans discontinuer des myriades de gouttelettes, entraînées par l'écoulement de l'huile sous la goutte. La majeure partie de l'alcool s'évapore après quelques secondes, le mélange ne mouille alors plus l'huile et le phénomène explosif s'arrête. De la goutte mère, il reste des millions de gouttelettes qui errent lentement à la surface et tendent à s'agglomérer. Une meilleure compréhension de ce phénomène pourrait s'appliquer au traitement des eaux polluées. Certains produits sont en effet plus faciles à nettoyer quand ils sont dispersés. À l'
inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de...), garder des
matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) homogènes après évaporation d'un
solvant (Un solvant (également nommé en suisse romande thinner pour les solvants puissant) est un...) aiderait à stabiliser des films de solutions complexes.
Références:
Marangoni Bursting: Evaporation-Induced Emulsification of Binary Mixtures on a Liquid Layer
L. Keiser, H. Bense, P. Colinet, J. Bico, and E. Reyssat
Phys. Rev. Lett. 118 (2017)
http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.118.074504
Contact chercheur:
Etienne Reyssat - PMMH