Tension de surface : nanobulles et nanogouttes brisent la symétrie

Nicolas Bruot et Frédéric Caupin (équipe Liquides et Interfaces), ont publié un article intitulé «Curvature-dependence of the liquid-vapor surface tension beyond the Tolman approximation» dans la revue Physical Review Letters.

Que devient la tension de surface à l'échelle nanométrique ? Dans une hypothèse émise il y a 66 ans, Tolman a proposé de corriger la tension de surface habituelle (macroscopique) d'une quantité inversement proportionnelle au rayon de courbure de l'interface liquide-vapeur. Ceci non sans respecter une certaine symétrie : la correction serait de même amplitude mais de signe opposé pour les bulles et les gouttes de même rayon. Cet effet a des conséquences majeures pour la nucléation (cavitation de bulles de vapeur dans un liquide surchauffé, ou condensation de gouttes de liquide dans une vapeur sursaturée). En effet, une faible modification de la tension de surface suffit à changer de plusieurs ordres de grandeur le taux de nucléation. Des chercheurs de l'ILM ont justement réalisé des expériences de cavitation dans l'éthanol et l'heptane. En combinant leurs mesures avec les données de cavitation dans l'eau et de condensation des vapeurs d'éthanol, heptane et eau, ils ont pu montrer que la correction symétrique proposée par Tolman n'était pas suffisante aux échelles pertinentes pour la nucléation. Cette étude suggère de préférer à l’approximation de Tolman, couramment utilisée en nucléation, une correction plus complexe (impliquant aussi le carré du rayon de courbure), comme proposé par de récentes simulations.

05/02/2016