Selon une nouvelle étude menée par une équipe de l'Université du Nouveau-Mexique, les lois séculaires sur le comportement des mélanges gazeux ne s'appliquent pas en présence d'ondes de choc.

Ce constat pourrait avoir un impact potentiel pour tout ce qui implique des mélanges de gaz exposés à une onde de choc, par exemple, lors de la combustion dans un moteur. Ceci est également pertinent pour les explosions conventionnelles et nucléaires, jets supersoniques, centrales nucléaires refroidies au gaz, et la fusion à confinement inertiel.

Les résultats ont été publiés cette semaine dans l'article "Dalton's and Amagat's Laws Fail in Gas Mixtures with Shock Propagation" dans Avancées scientifiques .

L'étude, menée à l'UNM, impliquait le prémélange de deux gaz aux propriétés radicalement différentes :l'hélium léger et l'hexafluorure de soufre lourd et visqueux. L'équipe a caractérisé les propriétés du mélange résultant, qui s'accorde bien avec la théorie classique, puis une onde de choc a été introduite, et la température et la pression du milieu accéléré par le choc ont été mesurées sur plusieurs millisecondes - un court laps de temps pour penser en termes normaux, mais un intervalle long par rapport aux échelles de temps associées au passage de l'onde de choc. Les chercheurs ont découvert que la température et la pression après la compression du choc ne correspondaient pas à ce que l'on aurait pu attendre des prédictions de l'une ou l'autre des deux lois théoriques classiques, celle de Dalton ou celle d'Amagat.

La loi des volumes partiels du physicien français Emile Hilaire Amagat de 1880 stipule que le volume total d'un mélange gazeux est égal à la somme des volumes partiels que chaque gaz occuperait s'il existait seul à la température et à la pression du mélange. Et en 1802, Le scientifique John Dalton a déclaré que la pression totale dans un mélange gazeux non réactif - à température et volume constants - est égale à la somme des pressions partielles des gaz composants.

"Notre étude a révélé que les lois classiques utilisées pour prédire les propriétés des mélanges de gaz ne fonctionnent pas dans une situation assez courante et pratiquement importante, ", a déclaré le co-auteur Peter Vorobieff.

La raison des désaccords est qu'aucune loi classique ne peut décrire avec précision ce qui se passe au niveau moléculaire, il a dit. Considérations simples des échelles de temps de la théorie moléculaire cinétique, et comment ils sont affectés par l'accélération des chocs, semblent fournir au moins une explication qualitative des observations expérimentales. Vorobieff a déclaré que bien qu'il s'agisse d'un premier pas solide, les implications ultimes n'ont pas encore été déterminées, et une étude plus approfondie est nécessaire. Les impacts possibles pourraient signifier une modification de la conception des mécanismes tels que les moteurs qui prennent en compte la façon dont les ondes de choc affectent les propriétés du mélange gazeux.

"Nos travaux ont montré que la théorie classique des mélanges de gaz ne fonctionne pas dans les écoulements accélérés par les chocs et éventuellement d'autres écoulements compressibles, " a déclaré Vorobieff. "Nous devons mener des expériences avec plus de mélanges de gaz et un plus large éventail de conditions pour explorer l'étendue du problème et développer une théorie expliquant nos observations."