Lorsque l’eau gèle lentement, l’endroit où l’eau se transforme en glace – appelé front de congélation – forme une ligne droite. Des chercheurs de l’université de Twente ont montré comment les gouttelettes qui interagissent avec un tel front de congélation provoquent des déformations surprenantes de ce front. Ces nouvelles connaissances présentent un potentiel d’applications dans les techniques de cryoconservation et d’ingénierie alimentaire.
Lorsque l’eau gèle, on pense souvent à un bloc solide prévisible qui se forme couche par couche. Des chercheurs de l’université de Twente se sont penchés sur cette question et ont découvert que les gouttelettes peuvent provoquer des déformations surprenantes dans la formation de la glace.
Les gouttelettes déforment la glace
Dans leur nouvelle étude publiée dans Physical Review Letters, les scientifiques du groupe Physics of Fluids ont observé que les gouttelettes peuvent modifier le comportement d’un front de congélation. Les scientifiques savent depuis longtemps que les particules solides, comme la poussière, déforment le front de congélation en raison de la différence de conductibilité thermique entre les particules et l’eau. Toutefois, lorsque des gouttelettes rencontrent le front de congélation, elles peuvent le déformer d’une manière inconnue jusqu’à présent et fondamentalement différente de la manière dont les particules déforment le front.
L’équipe a découvert que l’interaction entre le front de congélation et une gouttelette implique des forces complexes connues sous le nom de forces thermiques de Marangoni. En termes simples, la tension superficielle de la gouttelette dépend de la température. Lorsque le front de congélation s’approche de la gouttelette, la température d’un côté de la gouttelette est différente de celle de l’autre côté. Cela entraîne une différence de tension superficielle, qui se manifeste sous la forme d’une force. Cette force, la force thermique de Marangoni, provoque un écoulement à l’intérieur et à l’extérieur de la gouttelette. Le flux à l’extérieur de la gouttelette déplace l’eau plus chaude vers l’avant, ce qui fait que la glace s’éloigne de la gouttelette.
Applications possibles
Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives pour la compréhension des processus dans lesquels la congélation des gouttelettes est un facteur, comme la cryoconservation et l’ingénierie alimentaire. Detlef Lohse, chercheur à l’UT, explique : « Nos résultats peuvent nous aider à contrôler si les particules s’intègrent à un matériau ou si elles sont repoussées lors de sa solidification. »
En comprenant cette dynamique d’écoulement, les scientifiques pourront améliorer les méthodes qui nécessitent un contrôle précis de la congélation et, en fin de compte, exploiter ce comportement pour obtenir des matériaux et des processus plus efficaces.
Légende illustration: professeur / DR Detlef Lohs
Cette recherche a été menée par les chercheurs de l’UT Duco van Buuren, Jochem Meijer, Christian Diddens et Detlef Lohse (tous du groupe de physique des fluides de la faculté des sciences et technologies), en collaboration avec le Dr Pallav Kant de l’université de Manchester. Ils ont récemment publié leurs travaux dans un article intitulé « Deforming Ice with Drops » (déformer la glace avec des gouttes) dans la revue scientifique Physical Review Letters. DOI : PhysRevLett.133.214002
Source : U. Twente – Traduction Enerzine.com
