Parfois, les gouttes de liquide ne tombent pas. Au lieu, ils grimpent. À l'aide de simulations informatiques, les chercheurs ont maintenant montré comment inciter les gouttelettes à monter les escaliers toutes seules.

Ce comportement de montée d'escalier pourrait être utile dans tout, du traitement de l'eau aux nouveaux dispositifs microfluidiques de laboratoire sur puce, au traitement biochimique et aux outils de diagnostic médical. Les chercheurs, de l'Institut indien de technologie de Roorkee, Inde, et l'Université York à Toronto, décrivent leurs découvertes cette semaine dans le journal Physique des fluides .

Pour faire grimper les gouttelettes, cette nouvelle recherche révèle que vous avez besoin d'un escalier dont la surface adhère plus facilement à chaque gouttelette à chaque marche. Une surface sur laquelle une gouttelette adhère facilement a ce qu'on appelle une mouillabilité élevée, provoquant l'étalement et l'aplatissement de la gouttelette. Sur une surface peu mouillable, cependant, la goutte resterait plus sphérique, comme des gouttes de pluie perlant sur une veste imperméable.

Les chercheurs ont déjà utilisé un gradient de mouillabilité croissante pour amener les gouttelettes à se déplacer sur une surface plane et même à remonter une pente. Une goutte d'eau, par exemple, est plus attiré par une surface hydrophile avec sa plus grande mouillabilité, ainsi, une pente présentant une surface hydrophile croissante au fur et à mesure qu'elle monte peut "tirer" une goutte vers le haut.

Les surfaces réelles ne sont jamais parfaitement lisses, toutefois; à des échelles suffisamment petites, une surface finit par apparaître rugueuse. Une pente à ces échelles est en fait un escalier microscopique. "La plupart des surfaces sont texturées, et la mobilité d'une gouttelette sur de telles surfaces nécessitent de monter des escaliers, " a déclaré Arup Kumar Das de l'IIT Roorkee.

Pour explorer comment une gouttelette pourrait monter des marches - et donc si cette technique peut fonctionner sur des applications de surface plus réelles - les chercheurs ont simulé la physique de gouttelettes de la taille d'un microlitre sur des escaliers avec un gradient de mouillabilité.

Ces gouttelettes sont plus larges que la longueur de chaque pas, donc leur côté d'attaque est sur une marche plus haute avec une surface plus mouillable, que le côté arrière. La partie avant de la goutte s'étale donc davantage, formant un plus petit, angle plus plat avec la surface.

La différence d'angle entre l'avant et l'arrière des gouttelettes grimpantes fait circuler le liquide à l'intérieur de la gouttelette. Lorsque le bord d'attaque de la gouttelette atteint l'étape suivante, la circulation fait avancer la gouttelette, déborder sur la prochaine étape supérieure, et le processus se répète.

Le fait que la gouttelette ait suffisamment de force pour vaincre la gravité dépend de la taille de la gouttelette, la raideur des marches et les différences de mouillabilité. En général, une plus grosse goutte est meilleure pour monter les escaliers, et pour les marches plus raides, il doit y avoir un gradient de mouillabilité plus élevé.

Les chercheurs travaillent maintenant sur des expériences pour confirmer les résultats de la simulation.

De nombreuses autres méthodes de contrôle des gouttelettes reposent sur des forces externes telles que les variations de température, et les champs électriques et magnétiques. Mais, Das a expliqué, ces méthodes sont souvent difficiles et complexes. La nouvelle étude montre que les approches passives comme la mouillabilité pourraient être plus efficaces. « Passif signifie que [nous] pouvons manipuler une gouttelette pour même monter des escaliers de manière durable sans utiliser de force externe, " il a dit.