Les drones et autres avions pulvérisent efficacement des pesticides sur des kilomètres de cultures, mais la méthode peut également polluer l'environnement si le vent éloigne le brouillard de sa cible.

L'un des problèmes est que les minuscules gouttelettes sont difficiles pour les pulvérisateurs aériens, imprimantes à jet d'encre et une large gamme d'autres machines à contrôler. Les ingénieurs de l'Université Purdue sont les premiers à proposer la formule mathématique qui manquait pour mesurer une propriété clé de ces gouttelettes.

"Il existe de nombreuses propriétés qui affectent la formation d'une gouttelette. L'une de ces propriétés importantes est la viscosité de surface, que les gens ont eu beaucoup de mal à mesurer parce qu'ils n'avaient tout simplement pas les outils pour le faire, " dit Osman Basaran, Burton et Kathryn Gedge professeur de génie chimique de Purdue.

Les pesticides et autres produits chimiques contiennent des additifs appelés tensioactifs. Ces molécules tensioactives se résistent à la surface d'un liquide, donnant lieu à une force collante appelée viscosité de surface qui peut rendre la gouttelette plus petite. Plus la viscosité de surface est élevée, plus la forme d'une goutte est compacte.

Basaran et ses étudiants ont trouvé un moyen de calculer la viscosité de surface simplement en regardant comment une gouttelette s'étire. Une photo prise de la gouttelette étirée alors qu'elle commence à se briser donne les valeurs à mettre dans une formule mathématique simple qui fournit la mesure de la viscosité de surface.

La formule est décrite dans un article publié dans la revue Lettres d'examen physique . La découverte met fin à une course de plusieurs décennies menée par des chercheurs du monde entier pour rendre la viscosité de surface mesurable. Parmi les autres co-auteurs de cet article, citons Hansol Wee, Brayden Waggoner et Pritish Kamat.

Ne pas être en mesure de mesurer exactement dans quelle mesure la viscosité de surface affecte la formation des gouttes a mis des limites à rendre les machines plus sûres et plus précises, dit Basaran, qui dirige un centre qui travaille à résoudre la science derrière les problèmes de fabrication de machines.

Solutions apportées par le centre, appelé Purdue Process Safety and Assurance Center, aider directement les partenaires d'industries telles que l'agriculture, soins de santé et énergie.

Une meilleure compréhension des gouttelettes et de la façon de les contrôler affecte toutes ces industries. Comme la pulvérisation des cultures, l'impression à jet d'encre dans une usine produit de minuscules gouttelettes qui peuvent pénétrer dans l'air et causer des problèmes respiratoires.

Un contrôle plus précis d'une substance semblable à un liquide pourrait également améliorer les performances d'une machine, comme donner à une imprimante 3D la possibilité de produire des objets plus fiables ou détaillés.

"Un matériau avec une viscosité de surface trop élevée ou trop faible peut entraîner de mauvais résultats dans le processus de fabrication. Connaître ces mesures vous permet d'utiliser différentes chimies pour fabriquer un matériau qui ne conduit pas à une viscosité de surface qui entraînera une mauvaise résultat, " dit Basaran.

Prochain, L'équipe de Basaran prévoit d'incorporer cette formule mathématique dans des expériences pour recommander de nouvelles conceptions de machines. La formule pourrait également devenir un instrument commercial à l'avenir, comme une application pour smartphone.

"Cette découverte ouvre de nombreuses voies pour la recherche fondamentale qui n'étaient tout simplement pas possibles auparavant, " dit Basaran.