Un modèle mathématique qui prédit comment l'eau se condense autour de minuscules particules pourrait aider à améliorer les processus industriels chimiques, y compris la production de comprimés de médicaments, engrais et catalyseurs.

Les modèles de condensation précédents diffèrent dans leurs prédictions de taux, en fonction de facteurs tels que la forme et la composition de la surface sur laquelle la gouttelette se développe. Fong Yew Leong de l'A*STAR Institute of High Performance Computing souhaitait développer un modèle théorique plus réaliste pour aider ses collaborateurs à comprendre leurs résultats de condensation expérimentale. "C'est là que la modélisation et le calcul deviennent vraiment utiles, en fournissant des informations physiques qui ne peuvent pas être obtenues à partir d'expériences, " dit Léong.

Lui et ses collègues ont modélisé une goutte d'eau poussant dans la crevasse entre une particule de la taille d'un micromètre et une surface plane. Leur modèle prend en compte des facteurs tels que la taille des particules, la tension superficielle de la goutte, et combien la surface sous-jacente attire ou repousse l'eau.

Le modèle montre, par exemple, qu'une gouttelette en croissance recouvre une surface attirant l'eau (hydrophile) plus rapidement qu'une surface hydrofuge (hydrophobe). Le volume d'une goutte augmente initialement plus lentement sur une surface hydrophobe, mais accélère ensuite à mesure que la gouttelette devient plus convexe. « La gouttelette ne rétrécit pas pendant la condensation ; au contraire, elle mouille complètement la particule, " dit Léong.

L'équipe a mené des expériences pour tester leur modèle, filmer comment l'eau se condense autour de particules de dioxyde de silicium de la taille d'un micron sur une lame de verre (voir image). Ils ont vu que l'eau se condensait toujours dans la crevasse entre une particule et la lame, plutôt que de former des gouttelettes autonomes à la surface, et ont constaté que la croissance des gouttelettes était presque la même que celle prédite par leur modèle. Les chercheurs ont également adapté le modèle pour prédire la croissance des gouttelettes autour des amas de particules.

Ces résultats démontrent qu'il n'est pas possible de simuler avec précision la condensation sur la base d'un seul facteur, dit l'équipe. En effet, il semble qu'il y ait une compétition entre la particule et le substrat qui détermine à quelle vitesse chacun est recouvert d'eau lorsque la gouttelette se condense. « Cela indique des implications importantes pour le mouillage à petite échelle, " dit Leong. L'équipe espère maintenant modéliser la condensation et les interactions liquides à des échelles de longueur encore plus petites.