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Caléfaction : quand les gouttes décollent ..°

« Take-off of small Leidenfrost droplets » de Franck Celestini (LPMC, UNS/CNRS), Thomas Frisch (INLN, UNS/CNRS) et Yves Pomeau (Université d’Arizona et membre de l’Académie des Sciences) vient d’être publié dans la revue Physical Review Letters (Phys. Rev. Lett 109, 034501 (2012)). L’importance de ces résultats est soulignée par la revue (marquage « Editor’s suggetion ») et valorisée par un Highlight dans Physics, le portail de l’American Physical Society.

Déposée sur une surface chauffée à plus de 100 °C, une goutte d’eau ne s’évapore pas immédiatement mais forme un film de vapeur sur lequel elle lévite. Cette isolation thermique conduit à une évaporation lente au cours de laquelle la goutte se déplace rapidement sur la plaque chaude. Ce phénomène, connu sous le nom de caléfaction, a été observé pour la première fois au 18e siècle par J. G. Leidenfrost et suscite encore aujourd’hui de nombreuses études. L’effet Leidenfrost est étudié par exemple dans le cadre de la sécurité des réacteurs nucléaire ou en métallurgie pour les techniques de trempe des alliages. Dans ces deux cas, il s’agit d’éviter l’apparition du phénomène de caléfaction pour ne pas réduire drastiquement, à cause de la présence du film de vapeur, la conductivité thermique entre le liquide et le solide. La collaboration entre deux chercheurs de l’Université de Nice- Sophia Antipolis (LPMC et INLN) et un troisième du Département de Mathématique de l’Université d’Arizona a permis de mettre en évidence le comportement inattendu d’une goutte de Leidenfrost aux derniers instants de son évaporation.

Les expériences menées au LPMC permettent d’observer, grâce à l’utilisation d’une caméra rapide, le comportement de micro-gouttes d’eau pulvérisées sur un substrat de silicium chauffé à 400 °C. Après quelques rebonds, une micro-goutte se dépose sur le substrat et son rayon diminue en raison de son évaporation. Lorsque le rayon devient inférieur à une valeur critique, la goutte décolle soudainement du substrat et rejoint une hauteur proportionnelle à l’inverse de la racine carrée de son rayon. Ce comportement remet en cause la validité de l’hypothèse de lubrification jusqu’alors unanimement admise quelle que soit la taille de la goutte. Au-delà de son intérêt fondamental, cette étude pourra permettre d’optimiser les techniques de refroidissement par pulvérisation mais également l’injection dans les moteurs diesels.

- Lien vers l’article sur le site de l’éditeur.

- Lien vers des vidéos et l’article sur le site de HAL (archives ouvertes).

- Lien vers Physics.

- Lien vers le communiqué de presse du CNRS.

- Lien vers l’article dans MIT Review Technology.

Mots-clés

Fluides & Matériaux Complexes, Fluides Complexes

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