Les liquides peuvent fournir des défis particulièrement délicats aux voyageurs spatiaux, mais de nouvelles recherches de l'Université du Mississippi pourraient aider l'ingénieur à un contrôle des liquides plus intelligent et plus efficace dans des environnements zéro et à faible gravité.
Likun Zhang, scientifique principal du National Center for Physical Acoustics et professeur agrégé au Département de physique et d'astronomie, a dirigé une équipe de recherche étudiant comment les ondes liquides se déplacent à travers les barrières dans des environnements à faible gravité. Leurs résultats ont été publiés dans Lettres d'examen physique.
« Dans les cas de faible gravité comme la station spatiale, la tension de surface domine tout », a déclaré Zhengwu Wang, un doctorant de quatrième année en physique et co-auteur de l'étude. « La courbure de l'eau – le ménisque – va apparaître autour des structures, et nous voulions savoir comment ce ménisque affecterait la façon dont les vagues se déplacent à travers les barrières. »
Lorsque l'eau rencontre une barrière partiellement submergée – pensez à une feuille sur un étang – la tension superficielle du liquide fait que le liquide se courbe vers le haut là où il rencontre la barrière; Dans ce cas, la feuille. Les recherches de Zhang et Wang montrent que cette courbe, appelée le ménisque, peut être manipulée pour réduire ou augmenter la quantité d'énergie qui passe par cette barrière.
Si la courbe du ménisque est légère, plus d'énergie passe. Mais comme le ménisque se courbe plus fortement, il réduit l'énergie transmise par le liquide.
« Notre bon sens nous dit qu'une barrière devrait bloquer les vagues, mais ici, nous avons constaté que certaines formes de ménisque peuvent faire passer les vagues plus facilement », a déclaré Zhang. « Seul un petit changement de 1,5 millimètre dans la forme du ménisque a provoqué la chute de la transmission d'environ 60% à seulement quelques pour cent. Un minuscule ménisque, un impact énorme. »
Les voyageurs spatiaux utilisent des liquides pour toutes sortes d'applications: des systèmes de recyclage du carburant et de l'eau aux systèmes de support et de refroidissement. Être capable de mieux contrôler le liquide dans ces systèmes peut les rendre plus efficaces et plus légères – une clé pour les voyages dans l'espace.
« Ce sont des effets vraiment minuscules dans la vie quotidienne, mais ils peuvent avoir un impact énorme dans les environnements de microgravité », a déclaré Wang.
Pour mener l'expérience, les chercheurs ont simulé une faible gravité en générant de petites ondes de surface fréquentes. Ensuite, ils ont placé une barrière partielle sur le chemin de ces vagues et ont utilisé l'acoustique pour mesurer le mouvement du ménisque.
En modifiant la hauteur de la barrière et en utilisant un revêtement de surface pour le faire attirer de l'eau ou la réparation de l'eau, les chercheurs ont contrôlé le ménisque – et la quantité d'énergie passée à travers la barrière.
« En tant que physiciens, nous examinons des problèmes très fondamentaux: le problème similaire de la dynamique et des barrières des vagues », a déclaré Zhang. « Mais être capable de contrôler le comportement des fluides à faible gravité est crucial – que vous parlez de systèmes de recyclage de l'eau ou de réservoirs de carburant – parce que vous ne pouvez pas compter sur la gravité pour séparer les liquides et les gaz. »
Les applications pourraient également s'avérer utiles dans la fabrication terrestre et le génie biomédical, où les dispositifs microfluidiques déplacent les fluides à travers des canaux à des millimètres de large, a déclaré Zhang. Ces appareils vont des imprimantes aux puces ADN à la technologie de laboratoire sur la puce.
« Il s'agit de la première expérience qui étudie ce comportement en liquide, mais elle ouvre la porte à de nouveaux phénomènes et à la nouvelle physique », a-t-il déclaré. « Ce travail est précieux car il montre une nouvelle façon de contrôler le liquide pour la première fois. »
