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Les derniers instants d’une gouttelette d’eau sur une plaque brûlante

12 septembre 2012

INLN - UMR 7335 , LPMC - UMR 7336

Placée sur une surface brûlante, une gouttelette d’eau s’évapore lentement car elle lévite sur sa propre vapeur. Des physiciens français viennent d’analyser la fin de vie de cette goutte et ont montré qu’au dernier instant, elle est propulsée vers le haut par une dernière bouffée de vapeur.

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Jetez quelques gouttes d’eau dans une poêle bien plus chaude que 100°C : au lieu de s’évaporer rapidement, les gouttes lévitent sur leur propre vapeur. Ce coussin gazeux les isole thermiquement de la plaque et la goutte s’évapore lentement tout en dansant sur le fond de la poêle. C’est le phénomène de caléfaction, observé pour la première fois dès le 18e siècle par le physicien J. G. Leidenfrost. Alors que ce phénomène est largement étudié encore aujourd’hui, la fin de vie brutale de ces gouttes n’avait suscité que peu d’intérêt de la part des chercheurs. Une collaboration entre deux chercheurs de l’Université de Nice- Sophia Antipolis - Laboratoire de physique de la matière condensée (CNRS / Univ. de Nice) et Institut non linéaire de Nice Sophia Antipolis (CNRS / Univ. de Nice) - et un troisième du département de Mathématiques de l’Université d’Arizona a permis de mettre en évidence et de modéliser le comportement inattendu d’une goutte de Leidenfrost aux derniers instants de son évaporation. Ce travail fait l’objet d’une publication dans la revue Physical Review Letters.

Pour réaliser cette étude, les physiciens ont observé avec une caméra rapide à 2000 images par seconde le comportement d’une pluie de micro gouttes pulvérisée sur un substrat de silicium chauffé à 400 degrés Celsius. Après quelques rebonds, les gouttes d’eau, d’un diamètre initial d’une centaine de micromètres, se stabilisent sur leur coussin de vapeur à une distance de quelques micromètres de la surface. La goutte s’évapore ensuite lentement pendant une cinquantaine de milliseconde, puis, lorsque le diamètre de la goutte ne fait plus que quelques micromètres, la goutte décolle soudainement du substrat et rejoint une hauteur de plusieurs dizaines de micromètres, proportionnelle à l’inverse de la racine carrée de son rayon. Ce comportement est en accord avec le modèle théorique proposé. Il est une conséquence directe de la fin de validité de l’hypothèse de lubrification habituellement utilisée pour décrire le comportement des gouttes de Leidenfrost. Les physiciens ont validé ce travail en analysant également le comportement de gouttelettes d’éthanol.

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Photographies de la gouttelette d’eau décollant du substrat de silicium chauffé à 400 degrés Celsius

En savoir plus

Take-off of small Leidenfrost droplets, Franck Celestini1, Thomas Frisch2, Yves Pomeau3, Phys. Rev. Lett, 109, 034501, (2012).

Contact chercheur

Franck Celestini , enseignant-chercheur

Informations complémentaires

1Laboratoire de Physique de la Matière Condensée, LPMC - UMR 7336, Nice

2Institut Non Linéaire de Nice, INLN - UMR 7735, Valbonne

3University of Arizona, Department of Mathematics, Tucson, USA

Contacts INP

Jean-Michel Courty,
Catherine Dematteis,
Karine Penalba,
inp-communication cnrs-dir.fr