Des chercheurs de l’Université Cornell et de l’Université Clemson ont conçu et analysé des expériences sur les gouttelettes d’eau qui ont été réalisées sur la Station spatiale internationale (ISS).
Comprendre comment les gouttelettes d’eau se propagent et fusionnent est essentiel pour les scénarios de la vie quotidienne, tels que les gouttes de pluie tombant des voitures, des avions et des toits, et pour les applications dans la production d’énergie, l’ingénierie aérospatiale et l’adhésion cellulaire à l’échelle microscopique. Cependant, ces phénomènes sont difficiles à modéliser et difficiles à observer expérimentalement.
La recherche, ‘Propagation de gouttelettes induite par la coalescence : expériences à bord de la Station spatiale internationale,’ visant à comprendre les mouvements de ces gouttelettes et a été publié dans Physique des Fluides.
Comment la gravité a permis d’observer les gouttelettes
Les gouttelettes d’eau apparaissent généralement comme de petites calottes sphériques d’eau car leur tension superficielle dépasse la gravité.
“Si les gouttes deviennent beaucoup plus grosses, elles commencent à perdre leur forme sphérique et la gravité les écrase en quelque chose qui ressemble plus à des flaques d’eau”, a déclaré Josh McCraney de l’Université Cornell.
“Si nous voulons analyser des gouttes sur Terre, nous devons le faire à très petite échelle.”
Cependant, à petite échelle, la dynamique des gouttelettes est trop rapide pour être observée. C’est là que l’ISS a joué un rôle majeur. La gravité plus faible dans l’espace signifie que l’équipe pourrait étudier des gouttelettes plus grosses, passant de quelques millimètres de diamètre à dix fois cette longueur.
Les chercheurs ont envoyé quatre surfaces différentes avec diverses propriétés de rugosité à l’ISS, où elles ont été montées sur une table de laboratoire. Des caméras ont enregistré les gouttelettes d’eau au fur et à mesure qu’elles se propageaient et fusionnaient.
“Les astronautes de la NASA, Kathleen Rubins et Michael Hopkins, déposeraient une seule goutte de la taille souhaitée à un emplacement central sur la surface”, a expliqué McCraney.
“Cette goutte est proche, mais ne touche pas, un petit hublot pré-percé dans la surface. Les astronautes ont ensuite injecté de l’eau à travers le hublot, qui recueille et développe essentiellement une goutte adjacente. L’injection se poursuit jusqu’à ce que les deux gouttes se touchent, moment auquel elles fusionnent.
Test du modèle de Davis-Hocking
Les expériences visaient à tester le modèle Davis-Hocking, un moyen simple de simuler des gouttelettes d’eau. Si une goutte d’eau repose sur une surface, une partie de celle-ci touche l’air et crée une interface, tandis que la section en contact avec la surface forme un bord ou une ligne de contact.
Le modèle de Davis-Hocking décrit l’équation de la ligne de contact. Les résultats expérimentaux ont confirmé et élargi l’espace des paramètres du modèle de Davis-Hocking.
En tant que chercheur principal initial du projet, feu le professeur Paul Steen de l’Université Cornell avait écrit des subventions, voyagé avec des collaborateurs dans le monde entier, formé des doctorants et analysé méticuleusement des études terrestres connexes, le tout avec le désir de voir son travail mené avec succès à bord de l’ISS. . Tragiquement, Steen est décédé quelques mois seulement avant le lancement de ses expériences.
McCraney a conclu: “Bien qu’il soit tragique qu’il ne soit pas là pour voir les résultats, nous espérons que ce travail le rend fier, lui et sa famille.”
