L’eau est beaucoup bouillie – qu’il s’agisse d’une tasse de thé infusée dans la cuisine ou à la centrale électrique. Toute amélioration de l’efficacité de ce processus aura un impact significatif sur la quantité totale d’énergie utilisée chaque jour.
Une de ces améliorations pourrait venir d’un traitement nouvellement développé des surfaces utilisées pour le chauffage et l’évaporation de l’eau. Le traitement améliore deux paramètres clés qui définissent le processus d’ébullition : le coefficient de transfert de chaleur (HTC) et le flux de chaleur critique (CHF).
La plupart du temps, il y a un compromis entre les deux – le meilleur, le pire pour l’autre. Après des années de recherche, le terme de recherche derrière cette technique a trouvé un moyen d’améliorer les deux.
« Les deux paramètres sont importants, mais optimiser les deux paramètres ensemble est un peu difficile car ils ont un compromis intrinsèque », Selon Yongsap Song, scientifique en bioinformatique Du Lawrence Berkeley National Laboratory en Californie.
« Si nous avons beaucoup de bulles sur la surface d’ébullition, l’ébullition est très efficace, mais si nous avons trop de bulles sur la surface, elles peuvent fusionner, ce qui pourrait former une couche de vapeur au-dessus de la surface d’ébullition. »
Tout film de vapeur entre la surface chaude et l’eau présente une résistance, ce qui réduit l’efficacité du transfert de chaleur et la valeur CHF. Pour contourner ce problème, les chercheurs ont imaginé trois types différents de modification de surface.
Tout d’abord, une série de microtubules sont ajoutés. Ce groupe de tubes de 10 µm de largeur, espacés d’environ 2 mm, contrôle la formation des bulles et maintient les bulles fixées dans les cavités. Cela évite la formation d’un film de vapeur.
En même temps, il réduit la concentration de bulles à la surface, ce qui réduit l’efficacité d’ébullition. Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont introduit un traitement à plus petite échelle en tant que deuxième modification, en ajoutant uniquement des saillies et des bords de taille nanométrique à la surface des tubes creux. Cela augmente la surface disponible et améliore les taux d’évaporation.
Enfin, des micro-cavités ont été placées au centre d’une série de colonnes à la surface du matériau. Ces panaches accélèrent le processus de retrait de fluide en ajoutant plus de surface. Combiné, l’efficacité d’ébullition augmente considérablement.
Ci-dessus : une vidéo ralentie par les chercheurs montre de l’eau bouillant sur une surface spécialement traitée, provoquant la formation de bulles à des points spécifiques.
Étant donné que les nanostructures favorisent également l’évaporation sous les bulles et que les colonnes maintiennent un apport constant de liquide à la base de la bulle, une couche d’eau peut être maintenue entre la surface d’ébullition et les bulles, ce qui favorise un flux de chaleur maximal.
« Démontrer notre capacité à manipuler la surface de cette manière pour obtenir une optimisation est la première étape », L’ingénieur en mécanique Evelyn Wang dit : du Massachusetts Institute of Technology. « Ensuite, la prochaine étape consiste à penser à des approches plus évolutives. »
« Ces types de structures que nous fabriquons ne sont pas destinés à évoluer dans leur forme actuelle. »
Déplacer le travail d’un laboratoire à petite échelle vers quelque chose qui peut être utilisé dans les industries commerciales ne sera pas très facile, mais les chercheurs sont convaincus que cela peut être fait.
L’un des défis consiste à trouver des moyens de créer la texture de surface et les trois « niveaux » d’ajustements. La bonne nouvelle est qu’il existe différentes méthodes qui peuvent être explorées, et la procédure devrait également fonctionner pour différents types de fluides.
« Ce genre de détails peut être modifié, et cela pourrait être notre prochaine étape », chanté dit.
La recherche a été publiée dans matériaux avancés.