En physique, la convection thermique d'un fluide se manifeste par l'apparition de structures géométriques à travers lesquelles le fluide se déplace, formant des circuits fermés. Ce phénomène est d'une importance vitale pour de nombreuses applications industrielles dans lesquelles un fluide est présent. La convection de Bénard est l'un des problèmes les plus étudiés en dynamique des fluides. Maintenant, une équipe de scientifiques de l'Université d'Estrémadure et de l'Université Sapienza de Rome a découvert un nouveau type de convection qui apparaît dans un fluide granulaire et n'avait jusqu'à présent pas été détecté dans les fluides traditionnels (liquides, des gaz, etc.). Le développement expérimental et les résultats ont été publiés dans Lettres d'examen physique .
Les milieux granulaires sont formés de particules solides macroscopiques mesurant plus de 1 micromètre (μm) qui, en raison de l'agitation ou de l'injection d'énergie, interagir et entrer en collision les uns avec les autres, se comportant comme un gaz ou un fluide. Dans ce milieu spécifique, les chercheurs ont déterminé les conditions qui produisent systématiquement la convection thermique dans un gaz granulaire par gravité et fluidisé par une base vibrante. La convection qui en résulte est différente de la convection traditionnelle dans les fluides, car il est produit par des parois inertes. Les propriétés sont différentes, trop, car seules deux cellules de convection sont formées (une par paroi inerte) qui, dans l'expérience conçue par les auteurs, se trouvent sur les parois latérales du système. À cause de ce, ces scientifiques l'ont nommé "convection thermique à paroi latérale".
"Jusqu'à maintenant, aucune expérience similaire n'avait trouvé la clé, ou la raison de cette convection. Nous avons réalisé que les petites sphères dans la boîte d'expérimentation se refroidissaient en entrant en collision de manière inélastique contre la paroi latérale. C'est précisément cette différence de température entre la zone chaude et les deux parois plus froides, avec l'action de la gravité, responsable de ce nouveau type de convection granulaire, " explique Francisco Vega Reyes, physicien théoricien à l'Université d'Estrémadure et membre de l'Institut de calcul scientifique avancé. Cela se produit quelle que soit la température, bien que plus la paroi latérale absorbe la chaleur, plus la convection sera intense.
"C'est une convection causée par des gradients perpendiculaires, " dit Vega. Deux dégradés, en parallèle et vertical - la gravité et la source de chaleur à la base - et un gradient horizontal, compris par la différence d'énergie dérivée des collisions inélastiques contre la paroi latérale.
Ces dynamiques granulaires offrent de nombreuses applications dans l'industrie aérospatiale, comme pour augmenter l'efficacité du mouvement des robots dans les champs gravitationnels faibles et dans ceux dans lesquels les propriétés de fluidisation du milieu sableux dans lequel ils se déplacent sont prises en compte. De plus, "si nous contrôlons les conditions de convection, nous pouvons améliorer le processus de mélange et d'agitation dans le cas de composants de matériaux granulaires tels que des composés pharmaceutiques, " ajoute Véga.
Les chercheurs travaillent actuellement sur des modèles théoriques pour reproduire ce type de convection dans les liquides, d'un point de vue technique, ce phénomène pourrait avoir une application en mécanique des fluides.
