Des ailes d'avion à l'épreuve du gel

Grâce à des matériaux dotés de propriétés hydrophobes très efficaces, le dégivrage des ailes ...
Des ailes d'avion à l'épreuve du gel

Des ailes d'avion à l'épreuve du gel

Photo: Keystone

Grâce à des matériaux dotés de propriétés hydrophobes très efficaces, le dégivrage des ailes d'avion pourrait bientôt se révéler superflu. Des scientifiques travaillent à la réalisation d'un revêtement capable de repousser l'eau.

Le professeur Dimos Poulikakos et ses collègues de l'EPFZ ont étudié le comportement des gouttes d'eau à l'aide d'une caméra à haute vitesse. Ils ont disposé une goutte d'environ un millimètre de diamètre sur une surface de silicium spécialement conçue à cet effet, puis ils l'ont soumise à un traitement particulier consistant à réduire la pression atmosphérique de manière constante.

La goutte est d'abord restée immobile sur son support, indique le communiqué de l'EPFZ publié mercredi. Mais une fois la pression atmosphérique réduite à environ un vingtième de la norme, la goutte a soudain jailli. Après avoir effectué une sorte de bond, elle est retombée sur la surface avant de rebondir à nouveau, à chaque fois un peu plus haut.

Pour comprendre ce qui se cache derrière ce phénomène de 'tremplin', les chercheurs ont analysé en détail chaque mouvement de la goutte, tout en surveillant à l'aide d'une caméra thermique sa température intérieure. Les résultats ont fait l'objet d'une publication dans la revue scientifique 'Nature'.

Effet de propulsion

Les effets combinés de l'évaporation naturelle et des microstructures inhérentes au matériau jouent un rôle décisif. Le phénomène de surpression qui se produit lors de l'évaporation entre la surface et la goutte propulse cette dernière vers le haut à chaque impact, comme le fait une plume d'oiseau.

Lorsqu'une goutte est refroidie à une température très inférieure à zéro degré, l'effet d'évaporation est encore amplifié par la 'récalescence', indique le communiqué de l'EPFZ. Ce phénomène se produit en sidérurgie, quand le fer connaît un bref épisode de réchauffement lors de la phase de refroidissement, restituant la chaleur latente qu'il renfermait.

C'est à peu près ce qui se passe avec la goutte d'eau. Une goutte d'eau qui s'évapore et dont la surface est refroidie au-dessous du point de congélation, forme dans un premier temps des cristaux de glace. La chaleur dégagée lors de cette phase de transition - entre liquide et solide - chauffe rapidement la goutte jusqu'à une température de zéro degré.

'Ce réchauffement s'effectue en l'espace de quelques millièmes de seconde et se traduit par une évaporation explosive', explique Tom Schutzius, collaborateur de M. Poulikakos à l'EPFZ. Ensuite, la goutte se refroidit et le cycle se répète. L'évaporation explosive provoque une surpression accrue entre la goutte et la surface, qui propulse la goutte telle une fusée.

Ni trop lisse ni trop rugueuse

La véritable astuce réside dans la conception de la surface et de son degré d'aspérité, selon l'EPFZ. Trop lisse, elle ne permet pas à la goutte d'adhérer, trop rugueuse, elle risque d'être absorbée par les pores et les aspérités, neutralisant ainsi l'effet de propulsion.

Or la surface de silicium microstructurée mise au point par les chercheurs de l'EPFZ semble remplir ces conditions: elle se compose de piliers séparés par un intervalle de cinq micromètres (microns) de distance. 'Cette recherche nous permet de déduire un enseignement général pour la conception des surfaces, qui doit permettre de les doter de la capacité d'éloigner énergiquement l'eau et la glace', déclare Dimos Poulikakos, cité dans le communiqué.

Pour faciliter l'utilisation pratique de ce mécanisme de 'tremplin', il faut qu'il puisse fonctionner aussi sous une pression normale. M. Poulikakos espère progresser dans cette voie ces prochaines années. Cette invention pourrait ensuite trouver de nombreuses applications: les lignes à haute tension, le revêtement des chaussées ou encore les ailes d'avion.

/ATS


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