Les chercheurs utilisent des caméras à haute vitesse pour révéler des bulles qui éclatent comme des fleurs en fleurs


Des chercheurs de Stanford utilisent des caméras à grande vitesse pour révéler des bulles qui éclatent comme des fleurs en fleurs

Une nouvelle étude révèle que les bulles viscoélastiques, ne sont ni parfaitement fluides ni huileuses, ressemblent à fleurs épanouies lorsqu’elles éclatent, le montre cette photo prise par une caméra à grande vitesse. Crédit photo : Fuller Lab

L’industrie pétrolière, les sociétés pharmaceutiques et les fabricants de bioréacteurs font face à un ennemi commun : les bulles. Des bulles peuvent se former lors de la fabrication ou du transport de divers liquides, et leur formation et leur éclatement peuvent entraîner des problèmes importants de qualité des produits.

Inspirée par ces sujets et la déroutante derrière les bulles, une collaboration scientifique internationale a vu le jour. Gerald Fuller, ingénieur chimiste de l’Université de Stanford, avec son doctorat. Les étudiants Aadithya Kannan et Vinny Chandran Suja, ainsi que des doctorants en visite. L’étudiant de l’Université de Naples, Daniele Tammaro, s’est associé étudier comment différents types de bulles éclatent.

Les se sont particulièrement intéressés aux bulles avec des protéines incrustées à leur surface, que l’on trouve souvent dans l’industrie pharmaceutique et dans les bioréacteurs pour la culture cellulaire. Dans une découverte inattendue, les chercheurs ont découvert que les bulles de protéines qu’ils ont examinées s’ouvraient comme des fleurs lorsque vous les ouvriez avec une aiguille. Leurs résultats sont détaillés dans une étude publiée dans le Journal of the Actes de l’Académie nationale des sciences le 19 juillet.

« Ce qui me frappe vraiment, c’est que, même après toutes ces années de recherche, la physique des bulles continue de nous surprendre avec des phénomènes d’une beauté inattendue », a déclaré Suja.

Pop la bulle

Les bulles peuvent éclater de différentes manières en fonction de leurs propriétés physiques et chimiques. Une propriété importante est appelée viscoélasticité.

« La plupart des matériaux qui nous entourent ne sont en fait pas parfaitement fluides comme l’eau ou l’huile d’olive. Ils ne sont pas non plus parfaitement élastiques, comme une gomme. Ils se situent quelque part entre les deux », explique Fuller, professeur Fletcher Jones II à la School of Engineering et co-dirigé l’étude avec le professeur Pier Luca Maffettone de l’Université de Naples.

Cet état « intermédiaire » est appelé viscoélasticité, et les chercheurs ont découvert que les bulles viscoélastiques, qui ont des propriétés à la fois liquides et solides, contrairement aux bulles de savon traditionnelles, se déforment et prennent des formes qui imitent une fleur épanouie.

Mais, comme le note Tammaro, « Avec nos yeux, il n’est pas possible de voir le trou s’ouvrir lorsqu’une bulle éclate, nous ne voyons donc qu’une bulle qui disparaît. »

Par conséquent, les chercheurs ont utilisé des caméras à grande vitesse fonctionnant à 20 000 images par seconde, plus de 300 fois plus rapides qu’un œil humain, pour capturer et étudier le phénomène.

« Au cours de mon doctorat sur la coalescence des bulles dans les formulations de médicaments biologiques, j’ai décidé d’étudier les bulles à bulles avec une caméra à grande vitesse que nous avions dans notre laboratoire », a déclaré Kannan. « Quand nous avons fait cela, nous avons vu que cette bulle, qui avait des protéines à sa surface, avait en fait un mécanisme de rupture complètement différent de ce à quoi nous nous attendions traditionnellement. »

En laboratoire, les chercheurs ont trempé un anneau métallique dans une solution de protéines aux propriétés viscoélastiques. Ils ont ensuite soigneusement gonflé des bulles sur cet anneau avec un flux d’air étroitement contrôlé. Une fois assez grosses, les bulles sont entrées en contact avec une aiguille suspendue et ont éclaté.

Comme le montre la vidéo, lorsque les bulles atteignent l’aiguille, la surface se décolle comme des pétales. Ce pelage se produit parce que les propriétés viscoélastiques à la surface permettent à la solution d’avoir des propriétés plus solides que les bulles de savon ordinaires. Kannan a comparé cette bulle particulière qui éclate à un ballon qui éclate qui se détache également comme une fleur.

Enquête sur la physique des bulles

Après que le phénomène de blooming ait été suffisamment observé, les chercheurs ont commencé à développer des modèles analytiques de popping. En utilisant des connaissances à jour sur la dynamique des bulles et des modèles mathématiques, l’équipe a présenté un certain nombre de reproductions informatiques prometteuses de la fleur de bulle dans son travail.

En étudiant la formation et l’éclatement des bulles, l’équipe espère éventuellement apprendre à réduire la formation et l’éclatement des bulles dans des applications réelles. Ils prédisent que leurs résultats trouveront des applications dans des domaines allant de la production de médicaments et de vaccins au transport de pétrole.

« Il est vraiment important de voir à quel point c’est généralisable et comment la floraison diffère avec d’autres systèmes », a conclu Kannan.


Mesurer le bruit d’une bulle de savon qui éclate


Plus d’information:
Daniele Tammaro et al., « Bloom in bursting bubbles with viscoelastic interfaces », PNAS (2021). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2105058118

Fourni par l’Université de Stanford

Citation: Des chercheurs utilisent des caméras à grande vitesse pour révéler des bulles qui éclatent comme des fleurs en fleur (2021, 19 juillet), consulté le 19 juillet 2021 à partir de https://techxplore.com/news/2021-07-high-speed-cameras- révéler -blooming.html

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