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Aug 06, 2023

Pour étaler ou glisser ? Les scientifiques découvrent comment f

Décrypter comment les matériaux mous sont répartis avec une plaque Image de l'Université métropolitaine de Tokyo : à mesure que la vitesse de la plaque augmente, la mousse n'est plus répartie uniformément, mais dérive sur une feuille de liquide.

Décrypter comment les matériaux mous sont étalés avec une assiette

Université métropolitaine de Tokyo

image : À mesure que la vitesse du plateau augmente, la mousse n'est plus répartie uniformément, mais dérive sur une feuille de liquide. À des vitesses encore plus rapides, une fine traînée de mousse reste.Voir plus

Crédit : Université métropolitaine de Tokyo

Tokyo, Japon – Des chercheurs de l'Université métropolitaine de Tokyo ont découvert la physique derrière la façon dont les mousses se propagent sur les surfaces. Des boules de mousse placées sur un substrat plat ont été grattées avec une plaque et observées. Ils ont identifié différents modèles qui dépendent fortement de la vitesse de grattage, régie par des phénomènes physiques concurrents. Leurs découvertes s'appliquent à toutes sortes de matériaux mous qui doivent être répartis uniformément sur les surfaces, de la mayonnaise sur le pain à l'isolation des murs.

Qu'il s'agisse de mousse à raser, de mousse isolante dans les murs ou de margarine sur des toasts, l'épandage de matières molles sur des surfaces planes est un processus important, tant d'un point de vue pratique au quotidien que d'optimisation des processus industriels. Pourtant, étonnamment, on sait peu de choses sur le comportement de propagation des mousses, en particulier en ce qui concerne la façon dont une lame ou une plaque plate peut les gratter sur la surface pour former une couche.

Cela a incité les chercheurs dirigés par le professeur Rei Kurita de l'Université métropolitaine de Tokyo à examiner de plus près ce qui se passe. Ils ont créé de petits dômes de mousse détergente sur une surface plane et les ont grattés avec une plaque acrylique, en prenant soin de maintenir fixe la distance entre la plaque et la surface. L'ensemble du processus a été observé en profondeur avec une caméra vidéo. Curieusement, ils ont découvert que la façon dont la mousse se propage change complètement lorsque la vitesse de la plaque varie et quelle affinité le liquide contenu dans la mousse a pour la surface, c'est-à-dire s'il est hydrophile (attire l'eau) ou hydrophobe (repousse). eau).

Sur une surface hydrophobe, à faibles vitesses de grattage, la mousse se répartit uniformément, créant une longue section de même largeur que le dôme d'origine. Cependant, à mesure que la vitesse augmente, la mousse ne se propage plus mais se déplace le long de la surface sur une fine couche de fluide ; la plaque avance en laissant très peu de mousse dans son sillage. Finalement, aux vitesses les plus élevées essayées, le régime d'épandage revient, mais maintenant, la largeur de la queue de mousse est plus fine que celle du dôme d'origine. En revanche, sur une surface hydrophile, il n'y avait aucune trace du premier régime.

La différence constatée entre les deux surfaces a amené l'équipe à se concentrer sur l'effet de « mouillage », c'est-à-dire si le liquide contenu dans la mousse aime recouvrir la surface. En s'intéressant à l'apparition du régime à basse vitesse, ils ont constaté que sur les surfaces hydrophobes, les films de détergent qui composent la mousse ont tendance à s'ancrer sur la surface puisque le liquide a tendance à « mouiller ». L’image qui se dégage est celle où la mousse est simplement progressivement étalée du dôme par la plaque au fur et à mesure de son déplacement. Cependant, si la mousse est appliquée suffisamment rapidement pour mouiller la surface, la mousse possède désormais une couche lubrifiante à la base. Les murs en mousse, également appelés bordures de plateau, ne peuvent plus saisir le substrat et se verrouiller en place. C'est pourquoi une plaque plus rapide laissera une fine section de mousse là où se trouvait à l'origine le dôme, mais poussera le reste sur une fine couche de liquide, ne laissant qu'une traînée de liquide. L'enquête a porté non seulement sur la vitesse de la plaque, mais également sur l'effet de la largeur de l'espace et de l'épaisseur de la plaque.

Les découvertes de l'équipe mettent en lumière les aspects moins connus d'un phénomène quotidien, avec un impact potentiel significatif non seulement sur les mousses, mais aussi sur une gamme plus large de matériaux souples, qu'il s'agisse de peinture, de revêtements de protection ou de mayonnaise.

Ce travail a été soutenu par les numéros de subvention JSPS KAKENHI 20K14431, 17H02945 et 20H01874.

Journal de la science des colloïdes et des interfaces

10.1016/j.jcis.2023.07.023

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