1 résultat

Danse de microgouttelettes à la surface de l’eau

Les mouvements collectifs dans lesquels les individus agissent de façon synchronisée fascinent depuis longtemps la communauté scientifique. Les chercheurs de l’Institut Charles Sadron (CNRS), en collaboration avec une équipe de l’Université de Doshisha (Kyoto, Japon), ont étudié comment un film d’un fluorocarbure, insoluble dans l’eau, s’étale à la surface de celle-ci. Ils ont élucidé le mécanisme de la formation de microgouttelettes de fluorocarbure qui s’organisent spontanément, de manière synchrone et collective, en réseaux hexagonaux à la surface. Ces résultats font l’objet d’une publication dans la revue Nature Communications.

gouttelettes

L’auto-assemblage dynamique d’entités interagissant localement pour former des systèmes complexes et organisés joue un rôle fondamental dans la nature, la science et la technologie. Les mouvements collectifs, tant dans les ensembles d’organismes primitifs que chez les animaux évolués comme les colonies bactériennes, les bancs de poissons, les vols d’oiseaux, les troupeaux d’ongulés et même les foules humaines, offrent des exemples fascinants d’organisations dynamiques dans lesquelles les individus agissent de façon synchrone.

De nombreux systèmes abiotiques (particules catalytiques, gels de polymères auto-oscillants, cristaux liquides et disques magnétiques) ont été décrits comme capables de mobilité spontanée. La formation d’instabilités conduisant à la fragmentation et à la propulsion de gouttes de solvants organiques déposées à la surface de l’eau a ainsi été observée. Cependant, aucun de ces systèmes n’avait jusqu’ici montré une dynamique coordonnée capable de conduire à des mouvements spontanés synchrones collectifs qui rappellent ceux des vols d’oiseaux (Fig. C) ou des bancs de poissons.

Les chercheurs viennent de mettre en évidence une cascade d’événements spatio-temporels spectaculaires qui se produisent lorsqu’un film fin d’un fluorocarbure liquide (le bromure de perfluorooctyle), s’étale à la surface de l’eau dans laquelle il est insoluble. Ils ont observé que les gouttelettes formées éjectent périodiquement des jets linéaires de gouttelettes plus petites (Fig. A). Ces microgouttelettes fluctuent spontanément et évoluent pour constituer des réseaux bidimensionnels hexagonaux (Fig. B). Ils ont montré que la formation de ces réseaux dynamiques de microgouttelettes s’expliquait par la cinétique non-linéaire de la transition de démouillage dans un système thermodynamiquement ouvert.

averous

Ces fluorocarbures offrent une combinaison unique de propriétés : quasi-insolubilité dans l’eau, étalement rapide, tension de surface faible et forte volatilité en regard à leur poids moléculaire. Il s'agit d'un exemple fascinant d’organisation dynamique dans laquelle les individus agissent de façon synchrone.

Référence

D. Yamamoto, C. Nakajima, A. Shioi, M.P. Krafft & K. Yoshikawa
The evolution of spatial ordering of oil drops fast spreading on a water surface
Nature Communications 22 mai 2015
DOI: 10.1038/ncomms8189s

Contact chercheur

Marie-Pierre Krafft, Institut Charles Sadron – Strasbourg
Courriel : krafft@unistra.fr
T 03 88 41 40 60

Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin, Jonathan Rangapanaiken