Un type unique d'hélium qui peut s'écouler sans être affecté par la friction a aidé une équipe de KAUST à mieux comprendre la transformation de liquides en mouvement rapide en minuscules gouttelettes.

événements quotidiens, comme prendre une douche ou ouvrir le robinet de la cuisine, impliquent un phénomène physique intrigant connu sous le nom de rupture de jet. Lorsqu'un liquide sort d'une buse et rencontre quelque chose dans lequel il ne peut pas se mélanger immédiatement :un gaz, par exemple, il forme un cylindre. Vite, de petites perturbations de surface et diverses forces provoquent la rupture du tube de liquide en gouttelettes. Le cylindre entier se pince en gouttelettes une à la fois à la pointe, prend une structure ondulée ou en tire-bouchon, ou atomise en une fine pulvérisation.

Depuis la fin des années 1800, les chercheurs ont essayé de comprendre et de prédire le comportement des ruptures de jets en utilisant les théories classiques de la viscosité, aérodynamique et tension superficielle. Cependant, de nombreuses études antérieures présentent des preuves contradictoires sur l'endroit où tracer la ligne entre les différents modes de rupture, un problème qui pourrait avoir un impact sur les fabricants cherchant à optimiser les technologies de pulvérisation.

"Les ingénieurs souhaitent connaître la taille et la direction des gouttelettes formées et à quelle distance de la buse le jet reste intact, " note Nathan Speirs, un chercheur dans le laboratoire de Sigurdur Thoroddsen à KAUST. "Il y a tellement de variété dans la façon dont les jets de liquide se brisent."

Pour mettre à jour ce domaine pour le 21e siècle, le groupe Thoroddsen a collaboré avec des chercheurs de l'Université de Californie, Irvine, pour construire un appareil capable d'atteindre des températures proches du zéro absolu avec des fenêtres pour la visualisation avec des caméras à grande vitesse. Dans ces profondeurs glaciales, l'hélium liquide peut adopter une gamme de comportements différents, y compris en tant que superfluide sans friction.

Le montage expérimental est délicat à utiliser car "lorsque l'hélium liquide devient superfluide, l'absence de viscosité lui permet d'échapper aux moindres imperfections, que nous appelons superfuites, " dit Kenneth Langley, un autre membre de l'équipe de Thoroddsen. "Il faut être très prudent lors de la fermeture de la cellule, et une fois fermé, il n'y a aucun moyen d'ajuster ce qu'il y a à l'intérieur."

Les images détaillées produites à l'aide du nouveau dispositif à basse température ont permis à l'équipe KAUST de quantifier avec précision les régimes de rupture des jets et d'identifier les facteurs physiques négligés par les études précédentes.

"Nos résultats montrent que les flux de gaz et de liquide sont également importants dans la région d'interface, une idée négligée par la plupart des autres études, " dit Speirs. " Les formes irrégulières des gouttelettes formées sont tout aussi intéressantes, et nous espérons les analyser plus en détail, " ajoute Langley.