Imaginez marcher d'un côté à l'autre d'une piscine. Chaque pas demande beaucoup d'efforts, c'est ce qui fait de l'aquagym un exercice physique si efficace.

La résistance que vous ressentez est causée par la friction des fluides - ou la traînée - et c'est la même force qui agit sur les bateaux et autres objets lorsqu'ils se déplacent dans l'eau. Cependant, les navires de mer ont évolué vers des formes visant à minimiser la traînée, et les navires sont conçus avec des moteurs puissants qui surmontent la traînée pour les propulser plus rapidement et plus facilement à travers l'océan.

Plus récemment, Les surfaces super hydrophobes (SHS) ont attiré l'attention des scientifiques qui voient leur potentiel de réduction de la friction des fluides. Mais comme l'a noté Paolo Luzzatto-Fegiz, professeur de génie mécanique à l'UC Santa Barbara, alors que la théorie de base de ces surfaces est solide, leurs performances dans le monde réel laissent beaucoup à désirer.

Selon Luzzatto-Fegiz, un expert en dynamique des fluides, Les SHS combinent une chimie hydrofuge avec des motifs à micro-échelle d'une manière qui réduit essentiellement le contact de surface avec l'eau. Cependant, ils se sont avérés au mieux peu fiables, fonctionnent souvent de manière erratique ou ne fonctionnent pas du tout.

Et maintenant, dans les recherches soulignées dans le Actes de l'Académie nationale des sciences , Luzzatto-Fegiz et ses collègues de l'Université de Cambridge et de l'Université de Manchester ont identifié une raison clé.

Théoriquement, les surfaces super hydrophobes sont efficaces car elles contiennent de minuscules poches d'air. L'air est beaucoup moins visqueux que l'eau, Luzzatto-Fegiz a noté, donc diminuer la quantité d'eau qui entre en contact avec la surface diminuera la traînée résultante.

Les avantages de la réduction de la traînée ont un impact direct sur l'économie de carburant :moins le navire subit de frottements, moins il faut de carburant pour vaincre la traînée. Et parce que la traînée augmente avec la vitesse, plus le navire se déplace rapidement, plus il a besoin de carburant pour contrer la résistance qui en résulte.

Cependant, en testant l'hypothèse, lequel pourrait, en théorie, montrent une réduction significative de la traînée, les résultats d'autres chercheurs n'ont souvent trouvé aucune réduction du tout, et dans certains cas, a démontré une performance légèrement pire.

C'est le problème qui a incité les scientifiques à se gratter la tête, jusqu'à ce que Luzzatto-Fegiz se rende compte que les tensioactifs pourraient être à blâmer. Alors que des chercheurs avant lui avaient identifié cette possibilité, lui et son équipe ont été les premiers à démontrer le concept. Selon des simulations numériques et des expériences étroitement contrôlées, Luzzatto-Fegiz, et al, ont découvert que même d'infimes quantités de tensioactifs, des composés qui réduisent la tension superficielle, tels que le savon - suffisaient à provoquer un déséquilibre dans l'écoulement de l'eau le long de son interface avec la surface, entraînant une traînée.

Mystère résolu. Mais le problème peut-il être résolu ?

"L'idée clé est qu'aucun liquide n'est pur, ", a déclaré Luzzatto-Fegiz. Les océans et les rivières contiennent une multitude de tensioactifs naturels et artificiels. Mais il peut être possible de trouver une solution au problème en modifiant la configuration du SHS, il a dit. Par exemple, en créant des rainures plus longues dans le motif alignées avec le flux d'eau, l'accumulation de tensioactif qui empêche la réduction de la traînée sur la surface s'accumule plus loin le long de la ligne de l'interface, réduire une partie de la traînée.

Les résultats de cette expérience pourraient fournir des connaissances précieuses à ceux qui conçoivent des navires océaniques dans un souci d'efficacité énergétique. Surtout dans l'ombre des réglementations imminentes qui obligeront la flotte mondiale de navires marchands à acheter du carburant plus cher mais plus propre, la réduction de la traînée pourrait contribuer grandement à réduire les coûts des navires qui sillonnent les océans du monde, ainsi que de réduire les sous-produits polluants de la combustion de combustibles fossiles.

« Réduire les réductions de traînée sur la consommation de carburant et donc sur les émissions, y compris les composés soufrés et le CO2, " a déclaré Luzzatto-Fegiz.