Dispersion induite par une force dans les milieux hétérogènes
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Des physiciens viennent de montrer que dans un milieu hétérogène, un simple mouvement de dérive peut provoquer une dispersion des composants. Le nouveau traitement théorique qu'ils ont mis en place pour analyser ce problème leur a permis de caractériser comme des forces extérieures peuvent modifier la dispersion.
Exemples de trajectoires aléatoires de deux particules se déplaçant dans un milieu hétérogène périodique (la constante locale de diffusion est représentée par un code couleur), sous l'influence d'une force extérieure orientée vers la droite. Les propriétés de dispersion caractérisent la façon dont ces particules s'éloignent (en moyenne) avec le temps.
De petites particules injectées localement dans un fluide, par exemple de polluants, se dispersent progressivement dans tout le volume. Deux raisons à cela: à l'échelle macroscopique, les mouvements désordonnés du fluide mélangent ses composants, et à l'échelle microscopique, l'agitation thermique provoque un mouvement erratique différent pour chaque particule.
Des physiciens du Laboratoire ondes et matières d'Aquitaine - LOMA (CNRS/Univ. Bordeaux) viennent de montrer que dans un milieu hétérogène, telle un milieu poreux ou un réseau de microcanaux, une troisième source de dispersion peut apparaître lorsque les particules sont soumises à une force constante provoquant un mouvement de dérive.
Exemple de valeurs de coefficients de diffusion effectifs en fonction de la force extérieure pour le problème de la figure 1 (Direction x: parallèle à la force ; y: perpendiculaire). Noter le comportement non-monotone des coefficients de diffusion, et l'accroissement important de Dxx sous l'effet de la force.
Pour réaliser ce travail, les chercheurs ont généralisé et combiné des approches utilisées habituellement dans des contextes différents: la mécanique des fluides pour l'échelle macroscopique, et la physique statistique pour l'échelle microscopique. Ils ont montré que la force extérieure peut augmenter considérablement la dispersion dans la direction de la force et qu'elle modifie aussi la dispersion dans les directions perpendiculaires à la force. Ce travail est publié dans la revue Physical Review Letters.
Pour plus d'informatIon voir:
Force-induced dispersion in heterogeneous media
T. Guérin et D. S. Dean, Physical Review Letters (2015)
Retrouvez l'article sur les bases d'archives ouvertes HAL et arXiv
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