Une équipe de physiciens et de mathématiciens britanniques a utilisé un superordinateur pour découvrir la vérité cachée sur la façon dont les gouttelettes d'eau fusionnent et se collent.
Si vous avez déjà vu des gouttelettes d'eau se toucher et fusionner, vous avez peut-être imaginé que deux petites boules d'eau se rapprochent de plus en plus, jusqu'à ce que leurs surfaces se chevauchent et que la tension de surface rapproche les boules distinctes en un seul et rude ensemble. C'est ce qui est visible à l'œil nu. Mais une nouvelle simulation utilisant un supercalculateur, publiée le 13 mars dans la revue Physical Review Letters, brosse un tableau beaucoup plus compliqué.
La simulation a modélisé deux gouttelettes d'eau pure de taille égale dans l'espace, jusqu'au niveau des molécules d'eau individuelles. À mesure que les gouttelettes se rapprochaient, les scientifiques ont montré que de minuscules ondes ultrarapides se sont formées à la surface de ces gouttelettes. Les mouvements aléatoires des molécules d'eau, appelés «fluctuations thermiques», ont fait sauter et danser les différentes molécules l'une vers l'autre.
Les chercheurs appellent cet effet d'ondulation de surface, qui résulte des fluctuations thermiques des molécules, des «ondes thermiques capillaires». Les ondulations sont trop petites et rapides dans ce cas pour que toute expérience naturelle puisse les repérer. Mais la simulation a montré que les vagues de l'adolescence se rejoignent, formant le bord d'attaque des gouttelettes d'eau qui approchent. La tension superficielle des gouttelettes (la force cohésive qui maintient les gouttelettes dans leur forme de "gouttelettes") supprime les vagues, mais elles sont toujours présentes et forment toujours le bord d'attaque des gouttelettes lorsqu'elles se rapprochent les unes des autres.
Finalement, les chercheurs ont découvert que les vagues se touchaient, formant des ponts entre les gouttelettes. Et une fois qu'un seul pont s'est formé, la tension de surface se met à fonctionner, scellant plus d'ondulations ensemble "comme la fermeture éclair sur une veste", comme les chercheurs l'ont déclaré dans un communiqué.
Les chercheurs ont simulé environ 5 millions de molécules d'eau, formant deux gouttes d'environ 0,16 pouces (4 millimètres) de large. La fusion est terminée en quelques nanosecondes à cette échelle - trop rapide pour qu'une caméra humaine puisse l'attraper, ont-ils écrit.
Bien qu'ils aient simulé deux gouttelettes flottant dans l'espace, un effet similaire est probablement à l'œuvre lorsque deux gouttelettes fusionnent sur une surface plane, ont-ils écrit. Comprendre ce comportement est important, ont-ils écrit, car cela pourrait aider à expliquer le comportement de l'eau à l'intérieur des nuages et à l'intérieur des machines conçues pour condenser l'eau hors de l'air.
