Des chercheurs de l'Université Carlos III de Madrid (UC3M) ont publié un article scientifique qui jette les bases du développement d'une méthode plus précise de mesure de la viscosité de surface dans les filaments liquides et les membranes biologiques à surfaces visqueuses. Ce développement pourrait être appliqué dans l'alimentation, industries pharmaceutiques ou biomédicales.

Les filaments liquides peuvent être trouvés dans divers contextes de notre vie quotidienne, comme un jet d'eau du robinet, gel douche ou le lait que nous mettons dans nos cafés. Au niveau biologique, ils sont présents dans les processus qui se produisent à l'intérieur des organismes, "comme dans l'étirement et la rupture des vésicules, dans la division cellulaire ou dans les filaments recouverts de protéines à l'intérieur des cellules, entre autres. De plus, ils sont cruciaux dans une multitude de technologies où le contrôle précis de la production de gouttes est requis, comme dans l'impression 3D et la fabrication additive, par exemple.

Ces filaments liquides sont intrinsèquement instables en raison de leur tension superficielle, résultant en un processus dans lequel de petites perturbations sont amplifiées, provoquant la fragmentation des gouttes. Cela peut être vu dans les filaments de salive, par exemple, qui se forment sur nos lèvres et finissent par être expulsés sous forme de gouttelettes lors de la parole, ou dans le jet d'eau des averses qui « casse » lorsqu'il est très étroit et finit par former de petites gouttelettes. "C'est parce que les sphères sont la forme géométrique avec la plus petite surface pour un volume donné fixe, ainsi adopter une forme sphérique minimise l'énergie de surface, " expliquent Alejandro Martínez Calvo et Alejandro Sevilla Santiago du groupe de mécanique des fluides de l'UC3M.

Dans leurs recherches, récemment publié dans le Lettres d'examen physique journal, ils ont étudié théoriquement et numériquement un cas où la surface du filament est visqueuse, qui se produit lorsque la surface est recouverte d'une concentration de molécules (généralement appelées tensioactifs). Dans certains cas, ces types de molécules sont capables de former une structure complexe qui confère à la surface une certaine résistance à l'écoulement, qui se manifeste par la viscosité de surface.

La mesure du coefficient de viscosité de surface des filaments liquides et des membranes biologiques constituées de ces molécules est un défi à l'heure actuelle, en raison de la complexité physicochimique associée au couplage hydrodynamique de la surface du filament avec son intérieur. Dans leur travail, les scientifiques ont découvert un nouveau cadre universel où la tension de surface est en équilibre dynamique avec la force visqueuse de surface, entraînant un amincissement exponentiel du rayon du filament jusqu'à ce qu'il finisse par prendre la forme de gouttes de vésicules sphériques, avec une décroissance temporelle qui ne dépend que des propriétés de surface, parmi lesquelles se trouve la viscosité de surface.

Ce travail serait une étape importante pour le développement d'une méthode non intrusive de mesure des coefficients de viscosité qui aurait une plus grande précision que celles actuellement disponibles. Les méthodes de mesure actuelles utilisent des pièces mécaniques en mouvement qui déforment l'interface, comme des cônes, plaques, cylindres, ou des anneaux qui sont placés sur la surface et déplacés de manière contrôlée. Ces méthodes intrusives créent des variations de concentration moléculaire qui donnent lieu à des forces élastiques de surface, en plus de leurs propres forces de viscose de surface qui sont destinées à être mesurées. « Dans cette configuration que nous avons étudiée, la distorsion de l'interface n'est pas provoquée de l'extérieur du système par des procédés mécaniques mais se produit spontanément. Ainsi, la technique de mesure qui pourrait être développée avec notre idée serait non intrusive, car mesurer la vitesse à laquelle le filament est déformé à l'aide de techniques photographiques serait suffisant, " déclarent les chercheurs.