• Ingénierie: il est possible de stabiliser ou déstabiliser des mousses liquides sur commande, grâce à des champs électriques!____¤202008

     

    Une étude, dont les résultats intitulés «Thermally Enhanced Electro-osmosis to Control Foam Stability» ont été publiés dans la revue Physical Review X, et sont disponibles sur la base d’archives ouvertes HAL, a permis de montrer qu'il est possible de stabiliser ou déstabiliser des mousses liquides sur commande, grâce à des champs électriques, une découverte qui ouvre de nouvelles perspectives pour ces mousses aux nombreuses applications industrielles.

     

    Relevons tout d'abord que «les mousses liquides sont peu coûteuses, légères et isolantes, ce qui les rend utiles dans une large gamme d'applications telles que les cosmétiques, les procédés de dépollution et l'industrie du bâtiment». Néanmoins, jusqu'ici, il était «difficile de contrôler leur stabilité car divers mécanismes comme le mûrissement (augmentation moyenne du rayon des bulles) ou le drainage (écoulement du liquide vers le bas par gravité) les détruisent».

     

    Dans ce contexte, l'étude ici présentée montre expérimentalement qu’un champ électrique, en fonction de son intensité et de son orientation, peut «piloter la stabilité d'une mousse de savon usuelle et macroscopique»: cet effet «est analogue à l'effet électro-osmotique qui permet le passage de liquide à travers une membrane poreuse, par l'intermédiaire d'une force entraînant les ions». En outre, il est apparu «que la déformabilité de la mousse était essentielle dans ce contrôle et permettait d’obtenir une efficacité dix fois plus importante qu’attendue».

     

    Concrètement, en premier lieu des mousses macroscopiques ont été générées, contenant plus ou moins d’air, avec des rayons de bulles variés [entre 0.5 et 3 mm], et un champ électrique a été «appliqué à ce système provoquant un écoulement dans la direction opposée à la gravité». Il a été constaté, «en mesurant la conductivité de la mousse au cours du temps, et donc la fraction liquide dans la mousse», que «pour un champ modéré, les mousses étaient stabilisées mais qu’au-dessus d’un champ critique, elles étaient asséchées localement et s’effondraient».

     

    Ces expériences ont été combinées «à des mesures de température dans la mousse grâce à une caméra infra-rouge». Il a été ainsi observé que, lorsqu'un champ électrique est appliqué, non seulement, il y a un échauffement global de la mousse par effet Joule, mais que «cet échauffement n’est pas le même partout», des différences de température étant «relevées dans les zones localement plus humides ou plus sèches».

     

    La combinaison de ces expériences thermiques et électriques avec «une analyse des mécanismes mis en jeu» indique «que ces différences de température vont induire des écoulements dans la mousse et multiplier par dix les phénomènes electro-osmotiques classiques mis en jeu».

     

    Cependant, «malgré ce mécanisme subtil de couplage avec la température, les écoulements sont induits par le champ électrique appliqué»: ainsi, quand ce dernier est modéré et orienté de façon à contrecarrer la gravité, les écoulements induits équilibrent les effets de la gravité : les mousses ne se drainent plus et deviennent extrêmement stables», tandis que «lorsque le champ électrique est plus important (au-delà d’un seuil qui dépend de la taille des bulles entre autres), les écoulements induits par le champ dominent les écoulements gravitaires: le liquide est alors aspiré de bas en haut, la mousse s’assèche et s’effondre».

     

    Au bout du compte, cette étude a, en plus, «de fortes implications en nanofluidique : alors que les canaux nanofluidiques hétérogènes ont été largement proposés pour permettre le pompage ionique, le dessalement et la récupération d'énergie», personne n'avait «encore considéré comment des échauffements locaux modifient les mécanismes mis en jeu». Il en résulte que «ces nouvelles réponses, non linéaires, peuvent présenter un intérêt majeur pour ces applications émergentes».

     

     


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