« Principe tube dans le tube » : des chercheurs de Kaiserslautern optimisent le comportement de mouillage et de glissement des conduites

Les liquides doivent également s'écouler sans résistance dans des conduits étroits, par exemple dans des installations de production. Cela est généralement réalisé par des revêtements appliqués. Une équipe de recherche de l'Université Technique de Kaiserslautern (TUK) repense maintenant le comportement d'écoulement : le point de départ est un tube supplémentaire, intérieur, doté d'une surface fonctionnelle, qui optimise non seulement le comportement de mouillage et de glissement selon l'effet lotus, mais stabilise également les entrées d'air nécessaires. Grâce à la technologie laser, ces structures peuvent être transférées sur des conduites pratiques. La Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) finance ce projet à hauteur d'environ 740 000 euros.

Deux départements de la TUK et un institut de Kaiserslautern regroupent leurs compétences pour le projet « Comportement de mouillage et de transport de structures de bandes hiérarchiques planes et courbes sans substrat » : Jun.-Prof. Clarissa Schönecker (Domaine de la microfluidique), Prof. Dr. Egbert Oesterschulze (Domaine de la physique et de la technologie des nanostructures) et Priv.-Doz. Dr. Johannes L’hullier (Centre de photonique de Kaiserslautern e.V.).

« Contrairement à un tube conventionnel, l'introduction d’un tube intérieur perforé doit influencer de manière ciblée l’écoulement dans le tube afin de réduire la résistance au frottement », explique Oesterschulze. « Un second milieu interagira aux endroits perforés avec le milieu contenu dans le tube intérieur et influencera son comportement de mouillage et d’écoulement. Cet état de mouillage, connu dans la littérature sous le nom de « Cassie-Baxter », sera étendu dans le cadre du projet de recherche interdisciplinaire pour devenir l’« état de Cassie-Baxter sans substrat ». « De plus, nous voulons influencer spécifiquement le mouillage sur le tube intérieur par une structure de surface hiérarchique, c’est-à-dire une combinaison de nano- et microstructures », explique le physicien.

Le groupe de travail d’Oesterschulze étudie ces processus de mouillage et d’écoulement sur des structures en silicium fabriquées avec une grande précision à l’échelle micrométrique.

Il bénéficie du soutien de la mécanique et du génie des procédés : « J’analyse les structures développées du point de vue de la dynamique des fluides et je donne des impulsions par des calculs en dynamique des fluides pour réaliser les fonctions souhaitées, comme la rugosité ou la mouillabilité », ajoute Schönecker. « Au final, cela aboutit à des surfaces plus utilisables et plus stables. Je pense surtout à des applications où le liquide est transporté sous pression ou sous charge dans de fines conduites — par exemple dans des processus de génie chimique ou dans des microsystèmes », précise Schönecker.

Pour tester la praticabilité souhaitée, le Centre de photonique est également impliqué. « Nous pouvons, grâce à une technologie laser de très haute précision, transférer ces structures de surface hiérarchiques sur des tubes métalliques conventionnels », explique L’hullier. « En résumé, nous fournissons tous le design et la recherche fondamentale nécessaire pour notre composant fonctionnalisé en termes d’écoulement, et nous construisons déjà le pont vers l’application. »

Questions réponses :

Jun.-Prof. Clarissa Schönecker
Tél. : 0631 205-5971
Email : schoenecker@mv.uni-kl.de

Prof. Dr. Egbert Oesterschulze
Tél. : 0631 205-2680
Email : oester@rhrk.uni-kl.de

Priv.-Doz. Dr. Johannes L’hullier
Tél. : 0631 415 575 - 12
Email : johannes.lhuillier@pzkl.de