Ceux qui ont mélangé de l'huile et du vinaigre peuvent avoir observé sans le savoir un étrange phénomène de fluide appelé instabilité du doigté. Un type de ce phénomène, appelé doigté visqueux (VF), se produit dans les milieux poreux où les fluides de viscosité différente convergent dans des motifs en forme de doigt à la suite de perturbations croissantes à l'interface.

De telles instabilités se rencontrent dans une grande variété de domaines. Pour des applications telles que le processus de récupération du pétrole, ou le transport de contaminants dans le sol, où un fluide est injecté pour déplacer de l'huile ou des contaminants, un front de fluide uniforme est nécessaire pour obtenir le balayage volumétrique et l'efficacité les plus élevés, rendant de telles instabilités indésirables.

D'autre part, dans les dispositifs microfluidiques tels que les micromélangeurs où les effets inertiels sont négligeables, La VF est un moyen efficace d'améliorer le taux de mélange des fluides. Comprendre les différents aspects de ce phénomène, et les variables qui peuvent contrôler des choses comme les instabilités et la dynamique de distribution de la vitesse, peut potentiellement offrir des options pour contrôler et utiliser ces effets plus efficacement.

Une équipe de chercheurs de l'Université de Calgary travaille dans ce domaine depuis longtemps et a récemment fait de grands progrès dans la compréhension du phénomène. Ils rapportent leurs découvertes cette semaine dans le journal Physique des fluides .

« Mon travail fait partie du puzzle de l'évolution de ce domaine de recherche, " a déclaré Benham Dastvareh, chercheur à l'Université de Calgary. « Mes recherches me permettent de combiner mon intérêt pour les mathématiques, méthodes numériques et recherche fondamentale sur les phénomènes de transport, et en particulier la mécanique des fluides."

Adoptant une approche globale, les chercheurs de Calgary ont incorporé la simulation non linéaire des doigts en croissance ainsi qu'une analyse de stabilité analytique du déplacement de nanofluide dans un milieu poreux. En combinant les avantages de ces méthodes, ils sont parvenus à une compréhension meilleure et plus complète du phénomène.

Les résultats ont révélé que les nanoparticules ne peuvent pas rendre instable un flux autrement stable, mais ils peuvent augmenter ou atténuer l'instabilité d'un écoulement initialement instable. L'augmentation soit de la vitesse de dépôt des nanoparticules, soit de leur vitesse de diffusion a déstabilisé le flux. Par ailleurs, le dépôt de nanoparticules peut modifier une distribution initiale de viscosité décroissante de manière monotone, qui est purement décroissante ou immuable, à un non-monotone, et aboutit au développement de dipôles tourbillonnaires.

"Les analyses des structures de vortex ainsi que les distributions de viscosité nous ont permis d'expliquer les tendances observées et les configurations de doigts résultantes, a dit Dastvareh. "Ce travail ouvre une porte à d'autres études et représente de nouvelles découvertes qui peuvent être utilisées pour contrôler les instabilités croissantes en présence de nanofluides pour différentes applications."

Ce travail peut également avoir des applications potentielles pour l'administration de médicaments, où les nanoparticules ne peuvent pas pénétrer facilement à travers un milieu poreux. "Il est possible que le doigté visqueux puisse être utilisé pour ouvrir un canal dans le tissu humain pour transférer ces nanoparticules pour un traitement clinique, " a déclaré Dastvareh.