Les chercheurs ont utilisé de l'eau et de l'eau mélangée à de la glycérine pour créer un modèle permettant de prédire la vitesse et la hauteur des gouttelettes, ou aérosols à jet, projeté vers le haut lorsque des bulles éclatent à la surface d'un liquide. Dans l'illustration ci-dessus, une fois la bulle partie (extrême gauche), la petite cavité qu'il a créée sous la surface se précipite pour se refermer. Lorsque ces forces se rencontrent (au centre), ils lancent un jet d'eau dans l'air qui contient des gouttelettes dont la taille varie de 1 à 100 microns. Crédit :Luc Deike, Département de génie mécanique et aérospatial
Une journée à la plage assaillie de gros nuages, ou la chaleur collante d'une brume salée peut sembler être l'œuvre de grands, forces imprévisibles. Mais derrière de tels phénomènes atmosphériques se cachent des milliards de minuscules interactions entre l'air et des gouttes microscopiques d'eau salée projetées vers le haut lorsque des bulles à la surface de l'océan éclatent.
Recherche récemment publiée dans la revue Liquides d'examen physique décrit maintenant la "vitesse du jet" de ces gouttelettes, ou aérosols, tels qu'ils se produisent dans les liquides tels que l'eau de mer et le vin mousseux. Les chercheurs ont créé un modèle pour prédire la vitesse et la hauteur des aérosols à jet produits par des bulles de 20 microns à plusieurs millimètres, et dans des liquides aussi visqueux que l'eau, ou jusqu'à dix fois plus visqueux.
Le "jet" fait référence au liquide qui jaillit après l'éclatement d'une bulle. Une fois que le film en forme de dôme de la bulle est parti, la petite cavité créée par la bulle sous la surface se précipite pour se refermer. Le fond de la cavité s'élève rapidement à mesure que les côtés s'effondrent vers le bas. Lorsque ces forces se rencontrent, ils lancent un jet d'eau dans l'air qui contient des gouttelettes dont la taille varie de 1 à 100 microns. Un micron est un millionième de mètre; un cheveu humain mesure environ 100 microns de diamètre.
Les gouttelettes provenant de l'éclatement de bulles sont le principal moyen par lequel les aérosols sont produits au-dessus de l'océan ouvert, dit le premier auteur Luc Deike, professeur adjoint de génie mécanique et aérospatial à l'Université de Princeton et au Princeton Environmental Institute (PEI). Connaître la vitesse et la hauteur à laquelle les aérosols sont projetés dans l'air peut être utilisé pour une modélisation climatique plus précise ou pour créer une coupe de champagne parfaite.
"Nous avons un modèle qui décrit la vitesse du jet dans de nombreux types de liquides, " Deike a dit, dont le projet PEI Urban Grand Challenges, « Déferlement des vagues extrêmes dans les zones urbaines côtières, " a soutenu la recherche. " Si vous connaissez le liquide que vous envisagez et la taille de la bulle initiale, nous pouvons vous dire la taille du jet et sa vitesse."
En eau de mer, les aérosols transfèrent l'humidité, sel, et même des toxines telles que les algues de l'océan à l'air, dit Deike. Les chercheurs ont découvert que ces petits paquets d'éléments et d'organismes peuvent monter en flèche à des vitesses aussi rapides que 50 mètres par seconde (111 miles par heure) où ils peuvent être transportés dans l'atmosphère.
"Ces petites gouttes montent à une vitesse qui les met haut dans l'atmosphère. Cela se produit dès que vous avez des bulles dans l'eau de mer, et vous avez des bulles dès que vous avez des vagues. ça arrive tout le temps, " dit Deike, qui étudie les interactions air-mer et la dynamique des vagues déferlantes.
