Une coexistence de phase de non-équilibre de longue durée dans les fluides supercritiques a été observée par une équipe de recherche coréenne.

Une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Gunsu S. Yun du département de physique et de la division de génie nucléaire avancé de POSTECH et le professeur Dong Eon Kim du département de physique et Max Planck POSTECH/Korea Research Initiative (MPK) a observé le non-équilibre coexistence de phases dans des fluides supercritiques durant plusieurs heures. Les chercheurs ont expliqué le phénomène à l'aide d'un modèle de transport de masse à l'interface de coexistence de phases, où le transport se produit en morceaux de grappes de taille nanométrique au lieu d'atomes uniques.

Il est admis comme connaissance scientifique depuis environ 200 ans que lorsque la température et la pression d'un fluide s'élèvent au-dessus d'un certain niveau appelé point critique, la frontière entre liquide et gaz disparaît et il n'y a plus de changement d'état. Cependant, dans les années 2010, les résultats de la recherche ont indiqué que les fluides supercritiques peuvent avoir des propriétés liquides ou gazeuses en fonction des conditions de température et de pression. Depuis, il a été continuellement confirmé par diverses expériences et simulations que plusieurs états existent dans la région des fluides supercritiques. Cependant, la possibilité d'un état dans lequel plusieurs phases coexistent plutôt qu'une seule phase au même point de température et de pression, c'est-à-dire un état similaire à celui dans lequel un liquide général et un gaz coexistent après séparation de phases n'a pas été discuté.

Pour ça, l'équipe commune de recherche, dans le processus de fabrication d'un fluide argon supercritique à l'aide d'une chambre haute pression fonctionnant par cycles successifs de compression-détente, ont démontré un état dans lequel une grande quantité de gouttelettes d'argon (formées par refroidissement par expansion adiabatique) coexistent avec le fond supercritique de type gaz tout en conservant leurs propriétés de type liquide. L'état où ces deux phases coexistent isolément persiste étonnamment longtemps et les chercheurs ont présenté un nouveau modèle de transport de masse médié par des nano-clusters - une amélioration par rapport au modèle d'évaporation conventionnel - pour expliquer le phénomène.

Les fluides supercritiques sont utilisés dans diverses industries telles que les systèmes d'échange de chaleur dans les centrales électriques, procédés pharmaceutiques, nettoyage des semi-conducteurs, et la transformation des aliments grâce à leurs propriétés bénéfiques telles qu'une faible viscosité et une haute solubilité. La coexistence de phases de non-équilibre dans les fluides supercritiques découverte dans cette étude a un impact significatif sur les propriétés physiques et chimiques telles que la capacité calorifique, conductivité thermique, et la viscosité, ce qui peut s'avérer important pour le traitement des fluides supercritiques dans les applications industrielles.

En outre, cette réalisation est d'une valeur académique importante dans la mesure où elle a jeté les bases de recherches connexes en identifiant pour la première fois la coexistence en phase de non-équilibre des fluides supercritiques, qui est un domaine inexploré.

"La recherche sur le déséquilibre des fluides supercritiques n'est pas seulement utile dans les procédés industriels, mais aussi utile pour comprendre divers fluides supercritiques qui existent dans le monde naturel, comme dans les atmosphères de planètes telles que Vénus et Jupiter, éruptions volcaniques, et les fluides de la croûte terrestre, " a fait remarquer le professeur Gunsu S. Yun qui a participé en tant qu'auteur co-correspondant à l'étude. " Nos résultats contribueront à comprendre les propriétés de transport des fluides supercritiques. " Il a ajouté, "Nous menons des recherches pour interpréter théoriquement la coexistence de phases hors d'équilibre dans les fluides supercritiques au-delà des résultats expérimentaux."

Les résultats de cette étude ont été publiés le 30 juillet 2021 en Communications naturelles. La recherche a été menée avec le soutien de la Fondation nationale pour la recherche de Corée et de l'Initiative de recherche Max Planck Korea/POSTECH.