CAVitation dans des NANOpores – NANOCAV

Le premier objectif du projet est de comprendre ce qui contrôle la cavitation, c’est-à-dire la formation de bulles dans un liquide métastable, lorsque ce liquide est confiné dans des cavités dont la dimension est du même ordre que la taille du germe critique de nucléation. Classiquement, le taux de nucléation suit une loi d'Arrhenius faisant intervenir une énergie de barrière et un préfacteur cinétique qui dépend de la dynamique du germe critique. Les deux paramètres sont susceptibles d'être modifiés par le confinement, mais seul l'effet sur la barrière a été étudié théoriquement. Les données expérimentales actuelles sont limitées et ne permettent pas de distinguer les effets sur la barrière de ceux sur le préfacteur.
Le second objectif est d'étudier la cavitation dans l'hélium superfluide, système modèle pour la nucléation homogène. Des expériences récentes de cavitation acoustique suggèrent que la nucléation se fait sur des vortex. Mesurer la nucléation dans des cavités et dans des conditions quasi-statiques permettrait de trancher le débat.
La première clé pour comprendre les effets du confinement est de synthétiser des pores de taille contrôlée de l'ordre de 10 nm, connectés au réservoir de fluide par des petites ouvertures, elles aussi de taille contrôlée. Nous explorerons plusieurs cas : alumine poreuse, silice poreuse ordonnée et nanolithographie. Pour chacun, nous pouvons aussi faire varier le confinement en jouant sur la taille du germe critique via la température du fluide (azote et argon). La mesure précise du taux de nucléation par une nouvelle technique capacitive devrait permettre de distinguer les effets sur la barrière de ceux sur le préfacteur cinétique.
La seconde clé est d'interpréter ces mesures en s'appuyant sur des calculs numériques précis basés, d’une part, sur de nouvelles méthodes pour évaluer les énergies de barrières, et d’autre part, sur une étude par dynamique moléculaire de l'impact de la géométrie du pore sur le taux de nucléation.