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Si la chaleur s’avère indispensable pour faire bouillir l’eau, une nouvelle approche lui permettant d’atteindre plus facilement son point d’ébullition pourrait réduire significativement la quantité d’énergie nécessaire.
Optimiser le processus d’ébullition
Lorsque l’eau contenue dans une casserole ou un autre récipient approche du point d’ébullition, de nombreuses bulles se forment au fond de ces derniers. Plus le nombre de bulles est élevé, plus le processus d’ébullition est efficace. Du moins jusqu’à un certain point : si les bulles s’entassent et finissent par former un film, celui-ci va ralentir le transfert de chaleur de la surface du récipient vers l’eau liquide. Par conséquent, il faudra plus de temps et d’énergie pour la porter à pleine ébullition.
Dans le cadre de travaux publiés dans la revue Advanced Materials, Evelyn Wang et ses collègues du Massachusetts Institute of Technology ont entrepris de maximiser la formation de bulles tout en évitant celle d’un film. Pour ce faire, ceux-ci ont développé un traitement/revêtement pouvant être appliqué à la surface intérieure du fond des récipients utilisés pour faire bouillir l’eau.
Une couche initiale constituée de minuscules bosses est d’abord formée. Mesurant 10 micromètres de large et espacées d’environ 2 mm, ces structures soutenues par de minuscules colonnes servent de points de formation/ancrage pour les bulles afin d’éviter qu’elles ne s’agglomèrent. Les surfaces des bosses sont ensuite recouvertes de crêtes à l’échelle nanométrique, augmentant la surface chauffée, ce qui accélère la vitesse à laquelle l’eau liquide s’évapore et forme des bulles.
Les colonnes produisent un effet de mèche en attirant l’eau vers la cavité, où elle forme en permanence une couche liquide entre la surface d’ébullition et la bulle, ce qui augmente l’efficacité de l’ébullition en garantissant que la surface chauffe toujours l’eau liquide, au lieu de transmettre la chaleur aux bulles de vapeur.
Différentes applications envisagées
Bien que des recherches supplémentaires doivent encore être menées (l’approche n’a jusqu’à présent été testée qu’à petite échelle), les chercheurs estiment qu’un tel traitement de surface pourrait faciliter la production d’énergie à partir de vapeur ou le refroidissement de composants électroniques, en plus de réduire le temps nécessaire à la préparation d’une tasse de thé.
« Le fait de combiner les trois niveaux de modification de surface qui sont la séparation de la cavité, les colonnes et la texturation à l’échelle nanométrique améliore significativement l’efficacité du processus d’ébullition », conclut Wang.