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Accueil du site > Recherche > Projets > Thème Fluides & Matériaux Complexes > Leidenfrost effect

Leidenfrost effect

- Leader : Celestini Franck

- Collaborators within the LPMC : Raufaste Christophe, Rajchenbach Jean, Guittard Frédéric, Darmanin Thierry

- External collaborators : Pomeau Yves (LPS-ENS and University of Arizona, Tucson), Frisch Thomas (INLN, Université Nice Sophia Antipolis), Duchemin Laurent (IRPHE, Université d’Aix-Marseille), Cox Simon (Aberystwyth University, UK).

- PhD/Post-doctoral fellows : Kirstetter Geoffroy, Cohen Alexandre

- Technological platforms : Class-10000 clean room, Surface treatment and analysis

- Description :

L’effet de caléfaction (ou effet Leidenfrost) décrit le comportement d’une goutte de liquide déposée sur une plaque portée à une haute température. Lorsque cette température est très supérieure à la température d’ébullition du liquide, la goutte lévite sur son propre film de vapeur. Ce système constitue un exemple de super-hydrophobie parfaite car il n’y a pas de contact direct entre le liquide et le substrat. Nous menons actuellement différentes études expérimentales sur cet effet, et nous avons reporté de nouvelles propriétés :

  • l’effet Leidenfrost à basse pression : nous avons montré la possibilité d’obtenir des gouttes de Leidenfrost à des pressions de l’ordre du vingtième de la pression atmosphérique. Dans ces conditions, la goutte d’eau est à température ambiante et sa durée de vie est substantiellement allongée.
  • les gouttes de Leidenfrost à deux dimensions (cellule de Hele-Shaw) : pour ce système nous mettons en évidence l’effet du confinement sur la forme et le temps de vie de la goutte, ainsi qu’une instabilité spécifique à cette géométrie qui provoque une oscillation spontanée de la goutte.
  • Le phénomène d’électro-caléfaction : L’application d’une tension entre la goutte et le substrat sur lequel elle repose permet de contrôler l’épaisseur du film de vapeur. Il est également possible de supprimer l’effet Leidenfrost et de faire bouillir la goutte en appliquant une tension de l’ordre de quelques dizaines de Volts.
  • Les gouttes de Leidenfrost de taille micronique : nous mettons en évidence un nouveau régime pour les gouttes de Leidenfrost en dessous d’une taille critique de l’ordre de quelques centaines de microns : au fur et à mesure que la goutte s’évapore, l’épaisseur du film de vapeur augmente. En dessous d’une autre taille critique de l’ordre de trente microns (pour l’eau) la goutte décolle du substrat. Une collaboration avec Yves Pomeau, Thomas Frish et Laurent Duchemin (IRPHE) nous a permis de proposer des modélisations théoriques expliquant certaines de ces observations. Au delà de la compréhension théorique nécessaire, ces effets peuvent trouver de nombreuses applications :
    • Dans une perspective de milli- ou micro-fluidique, ces gouttes peuvent être déplacés facilement car elles sont transportées sur un coussin de vapeur.
    • Lors d’un processus de trempe, une couche de vapeur isole thermiquement le matériau métallique de son environnement liquide. L’amélioration de l’efficacité des processus de trempe nécessite une excellente compréhension et maîtrise de l’effet Leidenfrost.
    • Sécurité des réacteurs nucléaires : de part la faible conductivité thermique de la vapeur, lors d’un incident nucléaire, l’enceinte ne peut-être refroidie si l’on est en présence d’un effet Leidenfrost.

Nous nous intéressons également à la dynamique de gouttes et de jets sur des surfaces super-hydrophobes ou des films liquides. Nous avons récemment mis en évidence différents phénomènes reliés à la compétition entre des effets inertiels et des effets capillaires : l’impact d’un jet sur une surface super-hydrophobe, les rebonds et impacts de gouttes sur des substrats super-hydrophobes, le contrôle du déplacement d’une goutte par vibrations et l’electro-mouillage de jets. Nous continuons différentes expériences dans cette thématique avec notamment :

  • L’impact d’un jet sur un film de savon : nous nous intéressons à l’impact d’un jet laminaire sur un film de savon. Cette étude présente des similitudes avec l’optique géométrique. Pour une gamme de paramètres, le jet est réfracté par le film et ressort avec un angle différent de l’angle d’incidence. Au delà d’un angle critique la réfraction est supprimée et le jet est absorbé par le film.
  • La déformation d’un film de savon par un cylindre incliné : nous étudions la forme d’une interface quasistatique déformée par la présence d’un objet la traversant. En collaboration avec Simon Cox, nous étudions numériquement la forme de l’interface ainsi que la force d’interaction en fonction de paramètres tels que les angles d’incidence et de mouillage.

Mots-clés

Fluides & Matériaux Complexes, Surfaces & Interfaces, Fluides Complexes