Explosion d’une goutte d’eau et d’alcool

 
24/03/2017

Si vous versez une petite goutte d’eau colorée et d’alcool sur un bain d’huile, elle éclate en une impressionnante myriade de gouttelettes. Des chercheurs du laboratoire de Physique et mécanique des milieux hétérogènes ont expliqué le phénomène par une brusque déstabilisation à la périphérie de la goutte. Ces travaux sont publiés dans la revue Physical Review Letters.

Posées sur un bain d’huile, les gouttes d’eau restent sous la forme de lentilles. Si l’on utilise à la place un mélange d’eau, d’alcool et d’encre, ces gouttes s’étalent et leur pourtour se déstabilise. De nombreuses petites pointes se forment et libèrent des gouttelettes de mélange, que l’on visualise grâce à l’encre. Si ce phénomène spectaculaire était connu depuis plusieurs années, il vient tout juste d’être expliqué par des chercheurs du laboratoire de Physique et mécanique des milieux hétérogènes (PMMH, CNRS/ESPCI Paris/Université Pierre et Marie Curie/Université Paris Diderot). L’ajout d’alcool sur la goutte forme une émulsion, c’est-à-dire une suspension de gouttelettes dans un autre liquide. Comme les bords extérieurs de la goutte sont plus minces que le centre bombé, l’alcool s’y épuise en premier par évaporation, ce qui provoque un gradient d’énergie de surface. Un écoulement centrifuge, facilité par le bain d’huile, entraîne alors vers l’extérieur le mélange du centre de la goutte, plus concentré en alcool. Ce liquide s’accumule à la périphérie et forme un bourrelet qui finit par se déstabiliser.

Celui-ci libère sans discontinuer des myriades de gouttelettes, entraînées par l’écoulement de l’huile sous la goutte. La majeure partie de l’alcool s’évapore après quelques secondes, le mélange ne mouille alors plus l’huile et le phénomène explosif s’arrête. De la goutte mère, il reste des millions de gouttelettes qui errent lentement à la surface et tendent à s’agglomérer. Une meilleure compréhension de ce phénomène pourrait s’appliquer au traitement des eaux polluées. Certains produits sont en effet plus faciles à nettoyer quand ils sont dispersés. À l’inverse, garder des matériaux homogènes après évaporation d’un solvant aiderait à stabiliser des films de solutions complexes.

Retrouvez le film réalisé par Le Projet Lutétium sur ces travaux :

Contact Chercheur : Etienne Reyssat , etienne.reyssat@espci.fr

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