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Comment une bulle gèle

Des chercheurs américains décrivent pour la première fois aujourd'hui ce qui se passe quand une bulle de savon est placée sur une surface gelée dans une pièce frigorifiée.

« On constate depuis longtemps que dans une bulle qui gèle dans certaines conditions, un nombre croissant de cristaux de glace apparaissent et volent dans la bulle, une danse très belle qui rappelle une boule à neige », explique par voie de communiqué les ingénieurs de l'Université Virginia Tech, qui publient leurs travaux dans la revue Nature Communications. « Mais la physique sous-jacente à ce phénomène et la manière dont la bulle de savon gèle n'a jamais été étudiée. »

 

Pourquoi étudier comment les bulles gèlent ? Parce qu'elles sont utilisées dans une foule de processus industriels, notamment la récupération de la chaleur, l'interaction des médicaments avec les différentes parties du corps humain et diverses technologies de nettoyage, expliquent les ingénieurs de Virginie dans leur étude.

 

Les chercheurs de la prestigieuse université américaine ont placé des bulles de savon sur une surface gelée, à différentes températures ambiantes. Ils ont filmé par vidéo ce qui se produisait et fait des analyses sophistiquées des vidéos pour calculer les flux de chaleur.

 

Quand l'air était sous zéro degré Celsius, le processus de congélation commençait à la base de la bulle. Il se produisait alors un « flux de Marangoni », un phénomène où un liquide passe entre des zones de basse et haute tension de surface. La tension de surface est la force qui permet par exemple à une petite goutte sur une surface vitrée de rester tête en bas sans tomber. Le flux de Marangoni faisait en sorte que les cristaux de glace se détachaient de la base de la bulle et voletaient dans celle-ci comme dans une bulle à neige. Éventuellement les cristaux étaient assez nombreux pour fusionner et la bulle gelait dans sa forme originale.

 

Mais lorsque l'air ambiant était à 20 degrés Celsius, la base de la bulle gelait encore en premier, mais se propageait lentement le long du dôme de la bulle. Le processus de congélation s'arrêtait à mi-chemin vers le sommet du dôme, à cause de la chaleur relative de l'air ambiant. L'air s'échappait alors de la bulle par les pores de la glace et le dôme diminuait en hauteur jusqu'à devenir concave.




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