Les chercheurs examinent de près des gouttes avec une technique de caméra à haute vitesse 3D

Fabian Krull (à gauche) et le professeur Antonyuk étudient comment les gouttes frappent différentes surfaces. (Photo : TUK/Thomas Koziel)

Un système de caméra 3D à grande vitesse est utilisé. (Photo : TUK/Thomas Koziel)

Les gouttes perlent sur la feuille de lotus, tandis qu'elles humidifient un mur en béton. La cause en est la nature de la surface. De minuscules structures empêchent par exemple une goutte de s'accrocher. Ces effets sont étudiés par des chercheurs de l'Université Technique de Kaiserslautern (TUK) avec un système de caméras haute vitesse 3D. Ainsi, ils voient ce qui se passe lorsque des gouttes entrent en contact avec différentes surfaces. Les découvertes peuvent aider à réduire l'usure des machines ou à maintenir les installations de production propres. Lors du salon de la technique des procédés Achema à Francfort, ils présenteront cette technologie du 11 au 15 juin au stand de recherche du Rheinland-Pfalz (Halle 9.2, Stand A86a).

Lorsqu'une goutte d'eau tombe sur une feuille de lotus, elle rebondit simplement. Ce phénomène, connu sous le nom d'effet lotus, repose sur le fait que la surface des feuilles présente de petites irrégularités (bosses), qui empêchent finalement la goutte de s'accrocher. Ces structures minuscules ont été découvertes dans les années 1970 par le botaniste Wilhelm Barthlott grâce au microscope électronique à balayage. Le principe est désormais utilisé, par exemple, sur les vitres ou dans les peintures murales.

Des chercheurs du département de génie mécanique et de procédés à l'Université Technique de Kaiserslautern s'intéressent également à ce phénomène. Ils étudient comment se comportent les gouttes lorsqu'elles entrent en contact avec des surfaces présentant différentes microstructures, telles que des bosses, des formes en grille ou en trapèze. « Il s'agit de structures nettement plus petites que, par exemple, le diamètre d'un cheveu », explique Fabian Krull, qui travaille sur ce sujet dans le cadre de sa thèse au sein du département de procédés mécaniques sous la supervision du professeur Dr. Sergiy Antonyuk. Elles se situent dans une plage d'environ 100 nanomètres à 10 micromètres, des dimensions invisibles à l'œil nu. Et pourtant, ces structures peuvent influencer de manière différente l'impact des gouttes sur une surface.

Pour observer ce processus en détail, trois caméras haute performance sont utilisées. « Elles prennent des images sous différents angles », explique Fabian Krull. Un logiciel assemble ensuite ces données en une image 3D. « Cela nous permet d'observer étape par étape ce qui se passe lorsque des gouttes entrent en contact avec différentes surfaces », indique le professeur Antonyuk. De plus, les ingénieurs simulent la chute des gouttes dans leurs modèles informatiques.

Les travaux de recherche s'inscrivent dans le cadre du programme de recherche spécial 926 (SFB) « Surfaces de composants : Morphologie à l'échelle microscopique », financé par la Deutsche Forschungsgemeinschaft. Les découvertes des chercheurs pourraient à l'avenir contribuer, par exemple, à réduire la friction dans les machines ou à concevoir des surfaces dans les installations industrielles pour empêcher l'accumulation de poussière et de saleté. Elles pourraient également être utilisées dans les hôpitaux, afin que des micro-organismes ne puissent pas y adhérer.

Lors de l'Achema, les ingénieurs présenteront leur système de caméras et leurs travaux de recherche.