Séminaire Matière Molle : Anaïs Gauthier (MIE-ESPCI)

Les surprenantes propriétés de gouttes en caléfaction inversée : de l’auto-propulsion aux orbites capillaires

Image de trajectoire de goutes en caléfaction inversée

Résumé :

Posée sur une surface très chaude, une goutte s’évapore suffisamment rapidement pour générer un film de vapeur qui la maintient en lévitation. Ce phénomène, appelé caléfaction, est associé à une mobilité exceptionnelle : en l’absence de forces de friction, les gouttes roulent, rebondissent et décollent de la surface.

Nous nous intéressons ici à un phénomène de caléfaction inversée : des gouttes d’huile, à température ambiante, sont déposées sur un bain d’azote liquide à -200°C. Dans cette situation, la différence de température entre la goutte et le bain est telle que le bain s’évapore sous la goutte pour la faire léviter. Ce film d’azote se maintient même après le refroidissement des gouttes, devenues de petites billes glacées.

La dynamique des gouttes en caléfaction inversée est particulièrement surprenante. Tout d’abord, les gouttes sont naturellement auto-propulsées et glissent en lignes droites sur la surface du bain – un phénomène qui peut durer une dizaine de minutes, et que nous caractérisons expérimentalement et théoriquement. En outre, deux gouttes déposées en même temps sur le bain se mettent spontanément en orbite, formant un système planétaire miniature. Comme dans l’image classique de la relativité générale, la masse de chaque objet courbe l’espace (la surface du bain), ce qui génère des forces d’attraction. Les trajectoires sont alors déterminées par un potentiel d’attraction capillaire, que nous mesurons directement pour la première fois depuis sa prédiction théorique.