Phillip Hopkins
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Une équipe de physiciens et de mathématiciens britanniques a utilisé un supercalculateur pour découvrir la vérité cachée sur la façon dont les gouttelettes d'eau fusionnent et se collent ensemble.
Si vous avez déjà vu des gouttelettes d'eau se toucher et fusionner, vous avez peut-être imaginé deux petites boules d'eau se rapprochant de plus en plus l'une de l'autre, jusqu'à ce que leurs surfaces se chevauchent et que la tension superficielle rapproche les différentes boules en un seul ensemble rugueux. C'est ce qui est visible à l'œil nu. Mais une nouvelle simulation utilisant un supercalculateur, publiée le 13 mars dans la revue Physical Review Letters, brosse un tableau beaucoup plus compliqué.
La simulation a modélisé deux gouttelettes d'eau pure de taille égale dans l'espace, jusqu'au niveau des molécules d'eau individuelles. Au fur et à mesure que les gouttelettes se rapprochaient, les scientifiques ont montré que de minuscules ondes ultra-rapides se formaient à la surface de ces gouttelettes. Les mouvements aléatoires des molécules d'eau, appelés «fluctuations thermiques», faisaient sauter et danser les molécules individuelles à mesure qu'elles se rapprochaient. [Sculptures liquides: photographies éblouissantes de chutes d'eau]
Les chercheurs appellent cet effet d'ondulation de surface, qui résulte des fluctuations thermiques des molécules, «ondes capillaires thermiques». Les ondulations sont trop petites et trop rapides dans ce cas pour qu'une expérience naturelle puisse les repérer. Mais la simulation a montré que les vagues de l'adolescence se touchent, formant le bord d'attaque des gouttelettes d'eau proches. La tension superficielle des gouttelettes (la force de cohésion qui maintient les gouttelettes dans leur forme de "gouttelette") supprime les ondes, mais elles sont toujours présentes et forment toujours le bord d'attaque des gouttelettes lorsqu'elles se rapprochent les unes des autres.
Finalement, les chercheurs ont découvert que les vagues se touchent, formant des ponts entre les gouttelettes. Et une fois qu'un seul pont s'est formé, la tension de surface se met au travail, scellant plus d'ondulations ensemble "comme la fermeture éclair sur une veste", comme l'ont déclaré les chercheurs dans un communiqué..
Les chercheurs ont simulé environ 5 millions de molécules d'eau, formant deux gouttes d'environ 0,16 pouces (4 millimètres) de large. La fusion complète est terminée en quelques nanosecondes à cette échelle - trop rapide pour qu'une caméra humaine puisse être capturée, ont-ils écrit..
Bien qu'ils aient simulé deux gouttelettes flottant dans l'espace, un effet similaire est probablement à l'œuvre lorsque deux gouttelettes fusionnent sur une surface plane, ont-ils écrit. Comprendre ce comportement est important, ont-ils écrit, car cela pourrait aider à expliquer le comportement de l'eau à l'intérieur des nuages et à l'intérieur des machines conçues pour condenser l'eau de l'air..
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