Les photos illustrent comment les minuscules gouttelettes produites par une barrière grillagée empêchent les plantes d'être matraquées par les plus grosses gouttelettes provenant des précipitations ou de la pulvérisation de pesticides, herbicides et engrais. Les plus petites gouttelettes dans l'image à droite ont peu d'effet sur la plante, tandis que les gouttelettes à gauche frappent fortement ses feuilles. Crédit : le groupe de recherche de Varanasi
Lors de la pulvérisation de peinture ou de revêtements sur une surface, ou d'engrais ou de pesticides sur les cultures, la taille des gouttelettes fait une grande différence. Les plus grosses gouttes dériveront moins dans le vent, leur permettant de frapper leurs cibles avec plus de précision, mais les gouttelettes plus petites sont plus susceptibles de coller lorsqu'elles atterrissent au lieu de rebondir.
Maintenant, une équipe de chercheurs du MIT a trouvé un moyen d'équilibrer ces propriétés et d'obtenir le meilleur des deux :des pulvérisations qui ne dérivent pas trop loin mais qui fournissent de minuscules gouttelettes qui collent à la surface. L'équipe a accompli cela d'une manière étonnamment simple, en plaçant un maillage fin entre le jet et la cible prévue pour briser les gouttelettes en celles qui ne sont qu'un millième de la taille.
Les résultats sont rapportés aujourd'hui dans le journal Liquides d'examen physique , dans un article du professeur agrégé de génie mécanique du MIT, Kripa Varanasi, ancien post-doctorant Dan Soto, étudiant diplômé Henri-Louis Girard, et trois autres au MIT et au CNRS à Paris.
Les travaux antérieurs de Varanasi et de son équipe s'étaient concentrés sur les moyens de faire en sorte que les gouttelettes adhèrent plus efficacement aux surfaces qu'elles frappent plutôt que de rebondir. La nouvelle étude se concentre sur l'autre extrémité du problème :comment faire en sorte que les gouttelettes atteignent la surface en premier lieu. Varanasi explique qu'en règle générale, moins de 5 % des liquides pulvérisés s'en tiennent aux cibles visées ; des 95 pour cent ou plus qui sont gaspillés, environ la moitié est perdue à la dérive et n'y arrive même jamais, et l'autre moitié rebondit.
Les atomiseurs, appareils capables de pulvériser des liquides sous forme de gouttelettes si petites qu'elles restent en suspension dans l'air au lieu de se déposer, sont des éléments cruciaux de nombreux processus industriels, y compris la peinture et le revêtement, pulvériser du carburant dans les moteurs ou de l'eau dans les tours de refroidissement, et l'impression avec de fines gouttelettes d'encre. La nouvelle avancée développée par cette équipe était de réaliser le spray initial sous forme de gouttes plus grosses, qui sont beaucoup moins affectés par les brises et plus susceptibles d'atteindre leurs objectifs, puis pour créer les gouttelettes beaucoup plus fines juste avant qu'elles n'atteignent la surface, en plaçant un tamis à mailles entre les deux.
Crédit :Avec l'aimable autorisation du groupe de recherche Varanasi
Bien que le processus puisse s'appliquer à de nombreuses applications de pulvérisation différentes, "la grande motivation est l'agriculture, " dit Varanasi. Le ruissellement de pesticides qui manquent leur cible et tombent sur le sol peut être une cause importante de pollution et un gaspillage de produits chimiques coûteux. De plus, l'impact de gouttelettes plus fines est moins susceptible d'endommager ou de fragiliser certaines plantes.
Les agriculteurs couvrent déjà certains types de cultures avec des mailles en tissu, pour se protéger des oiseaux et insectes qui dévorent les plantes, le processus est donc déjà familier et largement utilisé. De nombreux types de matériaux en maille fonctionneraient, les chercheurs disent que ce qui compte, c'est la taille des ouvertures dans le maillage et l'épaisseur du matériau, paramètres que l'équipe a quantifiés avec précision grâce à une série d'expériences en laboratoire et d'analyses mathématiques. Pour leurs expériences, les chercheurs ont principalement utilisé une maille fine en acier inoxydable couramment disponible et peu coûteuse.
Les chercheurs proposent que, après avoir déployé le treillis sur le jabot, soit directement supporté par les tiges végétales, soit supporté sur une charpente, un agriculteur pourrait simplement utiliser un pulvérisateur conventionnel qui produit des gouttes plus grosses, qui garderait le cap même dans des conditions venteuses. Puis, au fur et à mesure que les gouttes atteignent les plantes, ils seraient brisés par la maille en fines gouttelettes, chacun d'environ un dixième de millimètre de diamètre, ce qui augmenterait considérablement leurs chances de coller.
En bonus supplémentaire, la présence du grillage au-dessus des cultures pourrait également les protéger des dommages causés par les pluies torrentielles, en brisant également les gouttes de pluie en gouttelettes plus petites qui stressent moins la plante lorsqu'elles frappent. Dommages aux cultures causés par les tempêtes, ce qui peut sérieusement réduire les rendements dans certains cas, peut être réduit au cours du processus, disent les chercheurs. En outre, des gouttes plus grosses provoquent plus d'éclaboussures, ce qui peut conduire à une propagation d'agents pathogènes.
En plus d'être plus efficace, le procédé peut également réduire le problème de dérive des pesticides, qui soufflent parfois d'un champ à l'autre, et même d'un état à l'autre, Varanasi dit, et aussi parfois se retrouvent dans les maisons des gens. "Les gens veulent résoudre ce problème. Ils cherchent des solutions."
Crédit :Avec l'aimable autorisation du groupe de recherche Varanasi
Le même principe pourrait être appliqué à d'autres utilisations, Girard fait remarquer, comme la pulvérisation d'eau dans les tours de refroidissement telles que celles utilisées pour les centrales électriques et de nombreuses usines industrielles ou chimiques. L'utilisation d'un maillage sous les têtes de pulvérisation dans de telles tours "peut créer des gouttelettes plus fines, qui s'évaporent plus vite et assurent un meilleur refroidissement, " dit-il. L'efficacité du refroidissement est liée à la surface de la goutte, qui est de trois ordres de grandeur plus grand avec les gouttelettes les plus fines, il dit.
Dans des travaux récents, Varanasi et son équipe ont trouvé un moyen de récupérer une grande partie de l'eau qui se perd par évaporation de ces tours de refroidissement, en utilisant un autre type de maille sur le sommet des tours. La nouvelle découverte pourrait être combinée avec cette méthode, améliorant ainsi l'efficacité de la centrale électrique à la fois du côté de l'entrée et de la sortie.
Pour la peinture et pour l'application d'autres types de revêtements, plus les gouttelettes sont fines, mieux ils couvrent et adhèrent, Girard dit, le processus pourrait donc améliorer la qualité et la durabilité des revêtements.
Alors que la plupart des méthodes d'atomisation existantes reposent sur une pression élevée pour forcer le liquide à travers une ouverture étroite, qui nécessite de l'énergie pour créer la pression, cette méthode est purement passive et mécanique, dit Girard. "Ici, nous laissons le maillage faire l'atomisation essentiellement gratuitement."
