Dans de nombreuses situations, les ingénieurs souhaitent minimiser le contact de gouttelettes d’eau ou d’autres liquides avec les surfaces sur lesquelles ils tombent. Qu’il s’agisse d’empêcher la glace de s’accumuler sur l’aile d’un avion ou une pale d’éolienne, ou d’empêcher la déperdition de chaleur d’une surface par la pluie, ou d’empêcher l’accumulation de sel sur les surfaces exposées aux embruns, permettant aux gouttelettes de rebondir aussi vite que possible et de minimiser la quantité de contact avec la surface peut être la clé du bon fonctionnement des systèmes.
Une étude menée par des chercheurs du MIT démontre une nouvelle approche pour minimiser le contact entre les gouttelettes et les surfaces. Alors que des tentatives précédentes, y compris par des membres de la même équipe, visaient à minimiser le temps que la gouttelette passe en contact avec la surface, la nouvelle méthode se concentre plutôt sur l’étendue spatiale du contact, essayant de minimiser la distance de propagation d’une gouttelette avant de rebondir.
Les nouvelles découvertes sont décrites dans la revue ACS Nano dans un article d’Henri-Louis Girard, étudiant au MIT, du post-doc Dan Soto et du professeur de génie mécanique Kripa Varanasi. La clé du processus, expliquent-ils, consiste à créer une série de formes d’anneaux surélevés à la surface du matériau, ce qui provoque la projection de gouttelettes tombantes vers le haut selon un motif en forme de cuvette au lieu de s’écouler à plat sur la surface.
Ce travail fait suite à un projet précédent de Varanasi et de son équipe, dans lequel ils ont été en mesure de réduire le temps de contact des gouttelettes sur une surface en créant des crêtes surélevées à la surface, ce qui a perturbé le schéma de propagation des gouttelettes impactantes. Mais le nouveau travail va plus loin et permet une réduction beaucoup plus grande de la combinaison du temps de contact et de la surface de contact d’une gouttelette. Pour éviter le givrage sur une aile d’avion, par exemple, il est essentiel de faire rebondir les gouttelettes de l’eau d’impact en moins de temps qu’il n’en faut pour que l’eau gèle.
L’équipe a initié une série d’expériences qui ont démontré que des anneaux surélevés de la bonne taille, recouvrant la surface, feraient éclabousser l’eau s’écoulant d’une gouttelette percutante vers le haut, formant ainsi une éclaboussure en forme de cuvette. Les éclaboussures pourraient être contrôlées en ajustant la hauteur et le profil de ces anneaux. Si les anneaux sont trop gros ou trop petits par rapport à la taille des gouttelettes, le système devient moins efficace ou ne fonctionne plus du tout, mais lorsque la taille est correcte, l’effet est spectaculaire.
«L’idée de réduire la surface de contact en formant des« cuvettes d’eau »a un effet bien plus important sur la réduction de l’interaction globale que par une réduction du temps de contact seul», explique Varanasi.
Lorsque la gouttelette commence à se répandre dans le cercle surélevé, elle commence à se déformer dès qu’elle touche le bord du cercle. Son élan est redirigé vers le haut , il n’est plus à la surface et ne refroidit donc pas la surface, ne provoque pas de givrage ni de blocage les pores d’un tissu «imperméable».
Les chercheurs disent que les anneaux eux-mêmes peuvent être fabriqués de différentes manières et à partir de différents matériaux. Ce qui compte, ce sont uniquement la taille et l’espacement. Pour certains tests, ils ont utilisé des anneaux imprimés en 3D sur un substrat, et pour d’autres, ils ont utilisé une surface avec un motif créé par un processus de gravure similaire à celui utilisé dans la fabrication de micropuces. D’autres anneaux ont été fabriqués par fraisage de plastique contrôlé par ordinateur.
En plus de protéger les ailes d’avions du givre, le nouveau système pourrait avoir une grande variété d’applications, expliquent les chercheurs. Par exemple, les tissus «imperméables» peuvent devenir saturés et commencer à fuir lorsque l’eau remplit les espaces entre les fibres, mais lorsqu’ils ont été traités avec les anneaux de surface, les tissus ont conservé leur capacité à absorber l’eau plus longtemps et ont globalement mieux performé, explique Girard. «L’utilisation des structures en anneau a été améliorée de 50%», dit-il.
Source: http://news.mit.edu/– 27/06/19