Une étude menée par des chercheurs de KAIST a révélé qu'un jet de gaz ionisé soufflant sur l'eau, également connu sous le nom de « jet de plasma, " produit une interaction plus stable avec la surface de l'eau par rapport à un jet de gaz neutre. Cette découverte rapportée dans le numéro du 1er avril de La nature contribuera à améliorer la compréhension scientifique des interactions plasma-liquide et de leurs applications pratiques dans un large éventail de domaines industriels dans lesquels la technologie de contrôle des fluides est utilisée, dont le génie biomédical, fabrication de produits chimiques, et l'agriculture et le génie alimentaire.

Les jets de gaz peuvent créer des dépressions semblables à des fossettes dans les surfaces liquides, et ce phénomène est familier à quiconque a vu la cavité produite en soufflant de l'air à travers une paille directement au-dessus d'une tasse de jus. Lorsque la vitesse du jet de gaz augmente, la cavité devient instable et commence à bouillonner et à éclabousser.

« La compréhension des propriétés physiques des interactions entre les gaz et les liquides est cruciale pour de nombreux processus naturels et industriels, comme le vent soufflant à la surface de l'océan, ou des procédés de fabrication d'acier qui impliquent de souffler de l'oxygène sur le dessus de la fonte en fusion, " a expliqué le professeur Wonho Choe, un physicien du KAIST et l'auteur correspondant de l'étude.

Cependant, malgré son importance scientifique et pratique, on sait peu de choses sur la façon dont les cavités liquides soufflées par le gaz se déforment et se déstabilisent.

Dans cette étude, un groupe de physiciens du KAIST dirigé par le professeur Choe et les collaborateurs de l'équipe de l'Université nationale de Chonbuk en Corée et de l'Institut Jožef Stefan en Slovénie ont étudié ce qui se passe lorsqu'un jet de gaz ionisé, également connu sous le nom de « jet de plasma, " est soufflé au-dessus de l'eau. Un jet de plasma est créé en appliquant une haute tension à une buse lorsque le gaz la traverse, ce qui fait que le gaz est faiblement ionisé et acquiert des particules chargées en mouvement libre.

L'équipe de recherche a utilisé une technique optique combinée à une imagerie à grande vitesse pour observer les profils des cavités de surface de l'eau créées à la fois par des jets d'hélium neutre et des jets d'hélium faiblement ionisés. Ils ont également développé un modèle informatique pour expliquer mathématiquement les mécanismes derrière leur découverte expérimentale.

Les chercheurs ont démontré pour la première fois qu'un jet de gaz ionisé a un effet stabilisant sur la surface de l'eau. Ils ont constaté que certaines forces exercées par le jet de plasma rendent la cavité de surface de l'eau plus stable, ce qui signifie qu'il y a moins de bulles et d'éclaboussures par rapport à la cavité créée par un jet de gaz neutre.

Spécifiquement, l'étude a montré que le jet de plasma est constitué d'ondes pulsées d'ionisation de gaz se propageant le long de la surface de l'eau, appelées « balles de plasma » qui exercent plus de force qu'un jet de gaz neutre, approfondir la cavité sans se déstabiliser.

"C'est la première fois que ce phénomène est signalé, et notre groupe considère cela comme une étape critique dans notre compréhension de la façon dont les jets de plasma interagissent avec les surfaces liquides. Nous prévoyons ensuite d'étendre cette découverte à travers d'autres études de cas impliquant diverses caractéristiques de plasma et de liquide, " a déclaré le professeur Choe.