Evolution du motif lors de la convection thermique dans un mélange de deux huiles de silicone, avec des viscosités 1cs et 100cs. Une région immobile est formée et le flux macroscopique de l'ensemble du système change radicalement. Étant donné que la dépendance de la température à la viscosité est très faible, un domaine stagnant en forme de pilier se forme sur toute la région où le fluide monte vers le haut. Crédit :Kazuya U. Kobayashi et Rei Kurita
Des chercheurs de l'Université métropolitaine de Tokyo, ont récemment découvert une convection thermique inhabituelle dans un mélange uniforme de liquides à haute et basse viscosité. Kobayashi et Kurita ont découvert que les fluctuations de concentration sont renforcées par la convection thermique lorsque les deux liquides ont une grande différence de viscosité. De tels mélanges sont omniprésents dans la nature, la vie quotidienne, et procédés de fabrication, par ex. convection du manteau, sirop, produits polymères. Ces résultats promettent une meilleure compréhension des phénomènes de non-équilibre dans les mélanges fluides avec une "épaisseur" contrastée.
Lorsqu'un fluide est chauffé par le bas, la convection thermique est généralement entraînée par une différence de densité. Kobayashi et Kurita ont découvert que des régions immobiles se forment de manière transitoire pendant la convection thermique dans des liquides à deux composants bien mélangés avec une grande différence de viscosité. Ils ont étudié les modèles et la dynamique de convection en utilisant plusieurs combinaisons différentes de liquides. Ils ont conclu que la différence de viscosité est l'un des facteurs les plus importants pour la formation de ces régions statiques. Ceci suggère que la différence de viscosité joue un rôle important dans le phénomène de non-équilibre dans les mélanges fluides, comme dans la dynamique de convection dans le manteau, procédés de mélange dans des solutions polymères, etc.
Le groupe de recherche de Kazuya U. Kobayashi (doctorant) et Rei Kurita (professeur agrégé) est spécialisé dans les études expérimentales de la convection thermique. En 2015, ils ont découvert la formation d'un domaine stagnant transitoire dans une solution de gélatine près de la transition sol-gel (fluide-solide). Dans ce travail, ils ont identifié la condition critique requise pour le phénomène en utilisant plusieurs types de fluides différents :ils ont conclu que le domaine stagnant est généralement formé lorsque le mélange présente une grande différence de viscosité. Le professeur Kurita note que « bien que ce phénomène inhabituel ne soit observé que dans la convection thermique, la différence de viscosité entre les composants devrait jouer un rôle important dans la dynamique des mélanges fluides, comme dans la convection du manteau, processus de mélange, etc." Le rapport est très prometteur pour le progrès dans notre compréhension de la dynamique des fluides, sciences de la Terre, et la météorologie.
Cette étude a été financée par des subventions pour la recherche scientifique de la Société japonaise pour la promotion de la science. Le manuscrit relatant cette découverte a été publié en ligne dans Rapports scientifiques .
