L'évaporation des mélanges de deux liquides crée des conceptions hypnotiques

Les gouttelettes contenant des liquides avec différentes tensions de surface, comme l'isopropanol et l'éthylène glycol (illustré), fleurissent en motifs complexes à mesure qu'elles s'évaporent.

AP Mouat et al/Lettres d'examen physique 2020

Par Maria Temming

2 mars 2020 à 6h00

Lorsque des liquides contenant de petites particules s'évaporent, ces fluides laissent souvent des empreintes digitales comme des anneaux de café ou des toiles de whisky (SN : 31/10/19). Mais les liquides mélangés à d'autres liquides laissent leurs propres motifs de résidus distincts.

Une gouttelette en évaporation qui contient deux fluides peut produire des saillies en forme de doigts ou une chaîne de gouttelettes plus petites autour de son bord, selon les liquides contenus dans le mélange, rapportent les chercheurs le 14 février dans PhysicalReview Letters. Les chercheurs ont capturé ces phénomènes sur vidéo en utilisant des gouttelettes d'isopropanol, un composant de l'alcool à friction, mélangées à un ingrédient antigel appelé éthylène glycol ou à un autre produit chimique appelé dodécane. Des schémas similaires apparaissent également dans d'autres mélanges de fluides en évaporation.

Les chercheurs ont déposé des gouttes de 1 microlitre d'isopropanol, mélangées avec de l'éthylène glycol ou du dodécane, sur une surface lisse. Au fur et à mesure que chaque goutte s'étalait, l'isopropanol s'évaporait rapidement au bord, là où la flaque était la plus fine, laissant une concentration plus élevée d'éthylène glycol ou de dodécane autour du périmètre de la flaque.

Ce bord distendu s'est finalement brisé en un anneau de gouttelettes plus petites. Dans les piscines contenant de l'éthylène glycol, ces gouttelettes s'étiraient vers l'extérieur pour créer des saillies en forme de doigts. Dans les piscines contenant du dodécane, les gouttelettes formaient un collier de perles autour de la flaque.

La différence dans le motif des bords des flaques d'eau provient des différentes tensions de surface des liquides - la force avec laquelle les molécules à la surface d'un fluide s'accrochent les unes aux autres (SN : 12/6/18). Le liquide a tendance à s'écouler vers les régions à tension superficielle plus élevée, où les molécules exercent une plus forte traction les unes sur les autres. "Pensez au tir à la corde", déclare le co-auteur Justin Burton, physicien à l'Université Emory d'Atlanta. "Si vous avez une tension superficielle plus élevée d'un côté… une équipe de tir à la corde [est] plus forte que l'autre, et alors tout commence à bouger" dans cette direction.

La tension superficielle de l'éthylèneglycol est environ 2,2 fois plus élevée que celle de l'isopropanol. En conséquence, des gouttelettes riches en éthylène glycol autour du bord d'une flaque d'eau en évaporation entraînent le fluide du centre de la piscine vers l'extérieur, formant des saillies en forme de doigts. Le dodécane, d'autre part, a une tension superficielle comparable à celle de l'isopropanol. Ainsi, les gouttelettes autour du bord des flaques contenant du dodécane restent en place.

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AP Mouat et al. Réglage de la dynamique des lignes de contact et des modèles de dépôt dans les mélanges liquides volatils. Lettres d'examen physique. Vol. 124, 14 février 2020. doi:10.1103/PhysRevLett.124.064502.

Auparavant rédactrice pour les sciences physiques chez Science News, Maria Temming est rédactrice en chef adjointe chez Science News Explores. Elle est titulaire d'un baccalauréat en physique et en anglais et d'une maîtrise en rédaction scientifique.

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