Croissance d’un nuage de bulles dans l’eau saturée en CO 2 en microgravité

La croissance par diffusion d’un nuage dense de bulles immergées dans un liquide saturé en gaz est un problème qui trouve des applications dans plusieurs technologies modernes telles que les microréacteurs d’échange de solvants, les nanotechnologies ou la fabrication de matériaux mousseux. Cependant, dans les conditions de gravité terrestre, cette dynamique ne peut être observée que pendant un temps très limité si le nuage n’est pas attaché à une surface, en raison de l’action de la flottabilité, c’est-à-dire des effets de la gravité. Nous présentons ici des observations expérimentales de l’évolution temporelle de nuages de bulles denses se développant dans une eau sursaturée en CO2 dans des conditions de microgravité. Nous signalons l’existence de trois régimes dans lesquels le nuage de bulles présente des taux de croissance différents. À court terme, chaque bulle croît indépendamment en suivant l’équation d’Epstein-Plesset. Plus tard, les bulles commencent à interagir les unes avec les autres et leur taux de croissance diminue car elles sont en compétition pour le CO2 disponible. Lorsque cela se produit, le taux de croissance ralentit. Ce phénomène se produit d’autant plus tôt que la bulle est profonde dans le nuage. Enfin, à long terme, seules les bulles situées sur l’enveloppe continuent de croître. Ces régimes peuvent être décrits qualitativement par un modèle mathématique où chaque bulle individuelle croît en présence d’une constellation de puits de masse ponctuels. Bien que le modèle ne soit valable que pour des nuages de bulles dilués, ses prédictions sont cohérentes avec les observations expérimentales, même si les nuages de bulles que nous observons sont plutôt denses.

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