S'évaporer pour avancer
Des chercheurs ont observé l'autopropulsion d'une goutte d'éthanol déposée sur de l'huile de silicone et ils ont expliqué les mécanismes de ce mouvement spontané. Les différences de température engendrées à l'interface entre la goutte et l'huile par l'évaporation de l'éthanol sont à l'origine de ce moteur miniature auto-entretenu.
Une goutte millimétrique d’un liquide volatile comme l’éthanol s’évapore en quelques minutes sur un substrat solide. Mais si cette goutte est posée sur un substrat liquide comme de l'huile silicone, cette évaporation s’accompagne d’un déplacement inattendu de la goutte. Ce phénomène d’autopropulsion a été mis en évidence et expliqué par une équipe de chercheurs de l'Institut de Physique de Rennes (IPR, CNRS/Université Rennes 1) et ces résultats sont publiés dans Physical Review Letters.
La goutte qui s’évapore refroidit, ce qui produit des gradients de température et donc des gradients de tension de surface. La différence de tension de surface entre deux points de la goutte engendre alors une force mécanique allant du point le plus chaud (tension de surface plus faible) vers le point le plus froid (tension de surface plus grande). Il s'agit de l'effet Marangoni, qui découle de la tendance des liquides en contact à minimiser leur tension de surface. Au niveau de l'interface, cela induit des écoulements entre la goutte et l'huile. On s’attendrait à ce que l'effet soit symétrique par rapport à un axe vertical passant par le centre de la goutte, gardant ainsi la goutte à sa position initiale. C'est le cas, mais uniquement durant une phase transitoire après laquelle les couplages thermo-capillaires finissent par rompre cette symétrie.