Pour la plupart, les chercheurs en dynamique des fluides ont concentré leurs efforts pour comprendre les détails de l'impact des gouttes sur des surfaces planes et rigides; l'effet de courbe, surfaces convexes ou conformes sur la dynamique des gouttes impactantes est encore relativement inconnue. Ceci malgré son extrême pertinence pour les applications modernes, comme l'impression à jet d'encre 3D et la livraison de pesticides sur les feuilles.

Une équipe de chercheurs du Laboratoire de physique technique de l'Université de Liverpool au Royaume-Uni a maintenant détaillé ces effets en étudiant l'impact des gouttelettes d'eau sur les surfaces molles sphériques. Ils présentent leurs recherches cette semaine dans la revue Physique des fluides , des éditions AIP.

A l'aide d'un élastomère silicone polydiméthylsiloxane (PDMS), les chercheurs ont produit une variété de substrats élastiques hémisphériques convexes. Différentes séries d'expériences ont été menées par l'équipe de Liverpool, faire varier les paramètres d'impact, y compris les rapports de diamètre, module d'élasticité du polymère et nombres de Weber.

"Nous avons pris une matière douce, un polymère de silicone, et nous avons pu changer la douceur ou la dureté de ce silicone, le préparer de différentes manières, " dit Volfango Bertola, un membre de l'équipe de recherche.

L'analyse de l'équipe s'est concentrée sur les grandeurs qui caractérisent la morphologie, ou l'étalement et la rétraction, de gouttes impactantes, et les effets des paramètres d'impact sur l'étalement et la rétraction. Ils ont utilisé le traitement d'images pour entrevoir ces phénomènes, puis pour mesurer les plages d'angles d'épandage, longueurs de courbe mouillées et angles de contact dynamiques pour les gouttelettes d'eau impactant divers polymères.

Une technique de traitement d'image unique basée sur un masque goniométrique a fourni des mesures de l'angle de contact dynamique lors de l'impact. Cette nouvelle technique ne nécessite pas que la forme de la goutte soit sphérique, ou même être symétrique, et c'est ce qui a rendu possible la mesure de l'angle de contact dynamique.

Les chercheurs ont démontré que la courbure de la surface améliore la rétraction de la goutte impactée. Ils ont déterminé que cela était dû à la différence de dissipation d'énergie induite par la courbure de la surface. Cette dissipation est à l'origine de l'augmentation de la température des gouttelettes lors de l'impact.

Généralement, les paramètres d'impact se sont avérés affecter de manière significative l'angle de contact dynamique pendant l'impact. Une estimation quantitative de l'énergie de déformation a montré que cette énergie est bien inférieure à la dissipation visqueuse.

Sur les trois paramètres d'impact étudiés, le nombre de Weber a été montré pour créer le plus grand effet sur l'angle de contact dynamique. Dans toutes les situations étudiées, une augmentation du nombre de Weber d'impact a été observée pour réduire systématiquement l'angle de contact dynamique, indépendamment des autres valeurs des paramètres d'impact. En réalité, l'équipe de Liverpool a constaté que l'effet du rapport de diamètre et du module d'élasticité sur l'étalement est limité.

L'utilisation d'une approche simple de conservation de l'énergie pour tenir compte de la dissipation d'énergie via la déformation du substrat n'explique qu'une petite partie des résultats expérimentaux. Le groupe a déterminé que cette approche n'était pas suffisante pour expliquer, Plus précisément, la longueur d'épandage maximale. Cette, et d'autres facteurs, provoque de nouvelles questions concernant l'impact des chutes sur les surfaces molles convexes ; cependant, le processus est bien avancé grâce à ces scientifiques.

"Il y a une sorte de nouveau domaine qui peut être exploré, c'est le premier ouvrage qui parle d'impacts sur les sphères molles. Cela encouragera, espérons-le, d'autres à les étudier plus en détail, expérimentalement et numériquement, " dit Bertola.