Lorsque deux substances sont mises en présence, elles finissent par se stabiliser dans un état appelé équilibre thermodynamique. Dans une nouvelle recherche, une équipe de physiciens de l’université d’Aalto a voulu perturber cet état pour voir ce qui se passe ; ils ont soumis des combinaisons d’huiles ayant des constantes diélectriques et des conductivités différentes à un champ électrique.
Image d’un état de non-équilibre typique comprenant des filaments actifs, des réseaux de filaments aléatoires et des treillis fluidiques ordonnés en 2D, ainsi que des gouttelettes sculptées électrohydrodynamiquement actives et autopropulsives et des émulsions actives. Crédit image : Raju et al., doi : 10.1126/sciadv.abh1642.
” Lorsque nous allumons un champ électrique sur le mélange, la charge électrique s’accumule à l’interface entre les huiles “, a déclaré l’auteur principal, le professeur Jaakko Timonen, chercheur au département de physique appliquée de l’université d’Aalto.
“Cette densité de charge cisaille l’interface hors de l’équilibre thermodynamique et donne lieu à des formations intéressantes”, a ajouté le coauteur, le Dr Nikos Kyriakopoulos, chercheur postdoctoral au département de physique appliquée de l’université d’Aalto.
“En plus d’être perturbés par le champ électrique, les liquides étaient confinés dans une fine feuille presque bidimensionnelle”.
“Cette combinaison a permis aux huiles de se transformer en diverses gouttelettes et motifs totalement inattendus.”
Les gouttelettes de l’expérience de l’équipe pouvaient prendre la forme de carrés et d’hexagones aux côtés droits, ce qui est presque impossible dans la nature, où les petites bulles et gouttelettes ont tendance à former des sphères.
Les deux liquides peuvent également être transformés en treillis interconnectés : des motifs de grille qui apparaissent régulièrement dans les matériaux solides mais qui sont inconnus dans les mélanges liquides.
Les liquides peuvent même être amenés à former un tore, une forme de beignet, qui est stable et conserve sa forme pendant l’application du champ, contrairement à ce qui se passe dans la nature, où les liquides ont une forte tendance à s’effondrer et à remplir le trou au centre. Les liquides peuvent également former des filaments qui roulent et tournent autour d’un axe.
“Toutes ces formes étranges sont causées et maintenues par le fait qu’elles sont empêchées de revenir à l’équilibre par le mouvement des charges électriques qui s’accumulent à l’interface”, a déclaré le premier auteur, Geet Raju, chercheur au département de physique appliquée de l’université d’Aalto.
“L’un des résultats passionnants de notre travail est la possibilité de créer des structures temporaires de taille contrôlée et bien définie qui peuvent être activées et désactivées par la tension, un domaine que nous souhaitons explorer davantage pour créer des dispositifs optiques contrôlés par la tension.”
“Un autre résultat potentiel est la capacité de créer des populations interactives de microfilaments roulants et de microgouttelettes qui, à un certain niveau élémentaire, imitent la dynamique et le comportement collectif de micro-organismes comme les bactéries et les microalgues qui se propulsent en utilisant des mécanismes complètement différents.”
Les résultats sont publiés aujourd’hui dans le journal Science Advances.
