Les collisions entre des bulles ou des gouttelettes en suspension dans un liquide sont plus complexes qu'on ne le pensait auparavant. Les chercheurs de KAUST ont montré que les conditions censées favoriser la coalescence peuvent en fait conduire à ce que la paire de bulles ou de gouttelettes rebondisse l'une sur l'autre.

La découverte pourrait avoir des implications pour de nombreuses applications impliquant des systèmes colloïdaux de fluides qui ne se mélangent pas, fluides non miscibles, y compris les produits alimentaires, comme les vinaigrettes à l'huile et au vinaigre, cosmétiques et traitement du pétrole brut.

Théoriquement, lorsqu'une bulle atteint la surface d'un liquide pur, la fine pellicule de liquide entre la bulle et l'air au-dessus doit s'écouler rapidement, permettant à la bulle de fusionner avec l'air. On s'attendrait à la même chose lorsque deux bulles se rencontrent dans le liquide ou lorsque deux gouttelettes d'huile se rencontrent dans l'eau. "Toutefois, dans des conditions pratiques, même des traces de contamination ou de tensioactif ajouté peuvent immobiliser le film liquide mince à l'interface, rendant le phénomène très difficile à étudier, " dit Ivan Vakarelski, un chercheur scientifique dans le laboratoire de Sigurdur Thoroddsen.

Thorodsen, Vakarelski et leurs collègues ont maintenant réalisé des expériences de collision de bulles et de gouttelettes dans un fluide pouvant être produit sous une forme ultrapure. "Nous utilisons un liquide fluorocarboné, ce qui nous a permis de prédire avec précision les effets de la mobilité de l'interface, " dit Vakarelski.

Pour comparer la coalescence à une surface à haute mobilité avec une surface immobilisée, l'équipe a effectué une série de mesures à une interface liquide-air fluorocarbonée et une deuxième série de mesures à une interface liquide-eau fluorocarbonée. Comme prévu, la coalescence des bulles et des gouttelettes à l'interface fluorocarbone-air hautement mobile était plusieurs ordres de grandeur plus rapide que pour l'interface fluorocarbone-eau immobilisée, où le film liquide mince était beaucoup plus lent à s'écouler. "Toutefois, ce n'est que pour les cas où les bulles ou les gouttelettes s'approchent assez lentement pour fusionner sans rebondir, " dit Vakarelski.

Contre-intuitivement, les bulles ou les gouttelettes atteignant l'interface liquide-air hautement mobile du fluorocarbure ont rebondi sur l'interface beaucoup plus fortement que sur l'interface immobilisée. La raison en est qu'il y a moins de friction sur l'interface mobile et donc moins d'énergie est perdue pendant le rebond. "A notre connaissance, nos études et simulations sont les premières à démontrer un effet rebond accru dû à la mobilité des interfaces, " dit Vakarelski.

« Comprendre ce nouvel effet aidera à améliorer la prédiction et la manipulation de la stabilité du système colloïdal, ce qui est d'une grande importance pratique pour les cosmétiques et les émulsions alimentaires, traitement du pétrole brut et exploitation de dispositifs microfluidiques, ", ajoute Thoroddsen.