"L'effet théière" menace les nappes blanches immaculées depuis des lustres :si un liquide est versé trop lentement d'une théière, le flux de liquide ne se détache parfois pas de la théière, trouve son chemin dans la tasse, mais ruisselle. à l'extérieur de la théière.

Ce phénomène a été étudié scientifiquement pendant des décennies. Aujourd'hui, une équipe de recherche de la TU Wien a réussi à décrire complètement et en détail "l'effet théière" grâce à une analyse théorique élaborée et à de nombreuses expériences :une interaction de différentes forces maintient une infime quantité de liquide directement au bord, et cela est suffisant pour rediriger le flux de liquide dans certaines conditions.

Un effet avec une longue histoire

L '«effet théière» a été décrit pour la première fois par Markus Reiner en 1956. Reiner a obtenu son doctorat à la TU Wien en 1913, puis a émigré aux États-Unis, où il est devenu un pionnier important de la rhéologie, la science du comportement de l'écoulement. À maintes reprises, les scientifiques ont tenté d'expliquer précisément cet effet. Les travaux sur ce sujet ont reçu le "Prix Nobel IG" satirique en 1999. Aujourd'hui, la recherche sur l'effet théière a bouclé la boucle, car elle a été étudiée à l'alma mater de Reiner, la TU Wien, par une équipe autour du Dr Bernhard Scheichl, maître de conférences à l'Institut de mécanique des fluides et de transfert de chaleur et chercheur principal au Centre d'excellence autrichien pour la tribologie (AC2T research GmbH), en coopération avec le département de mathématiques de l'University College London.

"Bien qu'il s'agisse d'un effet très courant et apparemment simple, il est remarquablement difficile de l'expliquer exactement dans le cadre de la mécanique des fluides", déclare Bernhard Scheichl. Le bord tranchant sur la face inférieure du bec de la théière joue le rôle le plus important :une goutte se forme, la zone directement sous le bord reste toujours humide. La taille de cette goutte dépend de la vitesse à laquelle le liquide s'écoule de la théière. Si la vitesse est inférieure à un seuil critique, cette goutte peut diriger tout le flux autour du bord et ruisselle sur la paroi extérieure de la théière.

"Nous avons maintenant réussi pour la première fois à fournir une explication théorique complète de la raison pour laquelle cette goutte se forme et pourquoi le dessous du bord reste toujours mouillé", explique Bernhard Scheichl. Les mathématiques derrière cela sont compliquées - c'est un jeu d'inertie, de forces visqueuses et capillaires. La force d'inertie assure que le fluide tend à maintenir sa direction d'origine, tandis que les forces capillaires ralentissent le fluide jusqu'au bec. L'interaction de ces forces est à la base de l'effet théière. Cependant, les forces capillaires garantissent que l'effet ne commence qu'à un angle de contact très spécifique entre la paroi et la surface du liquide. Plus cet angle est petit ou plus le matériau de la théière est hydrophile (c'est-à-dire mouillable), plus le détachement du liquide de la théière est ralenti.

Thé dans l'espace

Fait intéressant, la force de gravité par rapport aux autres forces qui se produisent ne joue pas un rôle décisif. La gravité détermine simplement la direction dans laquelle le jet est dirigé, mais sa force n'est pas déterminante pour l'effet théière. L'effet théière serait donc également observé en buvant du thé sur une base lunaire, mais pas sur une station spatiale sans aucune gravité.

Les calculs théoriques sur l'effet théière ont été publiés par l'équipe de recherche en septembre 2021 dans le Journal of Fluid Mechanics . Maintenant, des expériences ont également été menées :de l'eau a été versée d'une théière inclinée à différents débits et filmée avec des caméras à haute vitesse. De cette manière, il a été possible de montrer exactement comment le mouillage du bord en dessous d'un taux de versement critique conduit à "l'effet théière", confirmant ainsi la théorie.