Lorsqu'une gouttelette d'eau tombe sur une casserole chaude, elle danse sur la surface, écrémant sur une fine couche de vapeur comme un minuscule aéroglisseur; Ceci est connu comme l'effet Leidenfrost. Mais maintenant, les chercheurs savent ce qui se passe lorsqu'une gouttelette chaude tombe sur une surface fraîche.
Ces nouvelles découvertes, publiées dans la revue Newtondémontrez que les gouttelettes chaudes et brûlantes peuvent rebondir sur des surfaces froides, propulsées par une fine couche d'air qui se forme en dessous. Ce phénomène pourrait inspirer de nouvelles stratégies pour ralentir la propagation des incendies et améliorer l'efficacité du moteur.
« Nous avons commencé avec une question très fondamentale: que se passera-t-il lorsqu'une gouttelette brûlante a un impact sur une surface solide? » dit l'auteur principal Pingan Zhu de l'Université de la ville de Hong Kong, Chine.
Pour mieux comprendre comment la chaleur affecte le comportement des gouttelettes, Zhu et son équipe ont utilisé l'hexadécane, un liquide huileux avec des propriétés en forme de carburant, pour leur expérience. Ils ont chuté à température ambiante, chauffée (120 ° C / 248 ° F) et brûlant des gouttelettes de la substance sur diverses surfaces, dont certaines étaient lisses, rayées ou hygicoles.
La gouttelette à température ambiante s'est tenue à toutes les surfaces au contact, comme l'équipe s'y attendait. Mais ceux chauffés et brûlants ont rebondi, suggérant que la chaleur était la clé.
À l'aide de caméras à grande vitesse et thermiques ainsi que des modèles informatiques, l'équipe a capturé les gouttelettes en mouvement. Ils ont découvert qu'à mesure qu'une gouttelette chaude s'approche de la surface de la température ambiante, le fond se refroidit plus rapidement que le haut. Cette différence de température suscite la circulation à l'intérieur de la gouttelette, où le liquide plus chaud s'écoule des bords vers le bas, traînant l'air avec lui.
Cet air forme un coussin mince et invisible au bas de la gouttelette, l'empêchant de prendre contact avec la surface et de lui permettre de rebondir à la place. Les auteurs notent que bien que la distribution de la température soit essentielle dans ce processus, d'autres facteurs peuvent également jouer un rôle.
« Comprendre pourquoi les gouttelettes chaudes rebondissent n'est pas seulement une question de curiosité – il pourrait avoir des applications réelles », explique Zhu. « Si les gouttelettes brûlantes ne peuvent pas s'en tenir aux surfaces, elles ne pourront pas allumer de nouveaux matériaux et permettre aux incendies de se propager. »
En combinant le comportement de rebond des gouttelettes chaudes avec des revêtements liquides-répartiments, l'équipe a exploré les applications potentielles de ces résultats. Ils ont démontré que les gouttelettes brûlantes sur des films plastiques aléatriques liquides flottaient sur un coussin d'air mince, empêchant le contact direct.
Ce revêtement a réduit la zone de contact de la gouttelette sur la surface de plus de quatre fois par rapport au plastique nu, qui a déformé et subi des dégâts de feu lorsqu'il est entré en contact avec la gouttelette de brûlure.
L'équipe a également étudié ce phénomène dans les moteurs. Ils ont constaté que lorsque des gouttelettes de carburant s'accrochaient aux surfaces, ils ont brûlé de manière inefficace, laissant des résidus non brûlés et gaspillant de l'énergie. Mais dans un modèle de moteur avec un revêtement liquide-hydrofuge, les gouttelettes sont perdées et ont complètement brûlé. Ces résultats peuvent conduire à de meilleurs matériaux résistants au feu et à des moteurs plus efficaces.
« Notre étude pourrait aider à protéger les matériaux inflammables comme les textiles contre les gouttelettes brûlantes », explique Zhu. « Confiner des incendies dans une zone plus petite et ralentir leur propagation pourrait donner aux pompiers plus de temps pour les éteindre. »
