Persistance anormale de sprays denses – APIEDS

Le projet « Anomalous Persistence of Evaporating Dense Sprays » (APIEDS) vise à combler des lacunes importantes dans notre compréhension de la dynamique des pulvérisations denses en tirant parti de l'expertise de chercheurs du LPENS/Université Paris Cité, spécialistes du mouillage, de la nucléation et du transport de particules, et l'IRPHE/Université Aix Marseille, experts en mixage et fragmentation. Cette collaboration vise à élucider les comportements collectifs des pulvérisations denses, qui ont des applications considérables dans divers domaines, depuis les processus industriels jusqu'aux stratégies de santé publique et aux mesures de conservation de l'environnement.
La proposition pointe la nécessité de travaux de recherche pour comprendre la persistance anormale des aérosols denses en évaporation. Les gouttelettes se forment généralement en essaim présentant des tailles largement distribuées et des espacements rapprochés, fait qui détermine le temps de persistance de la pulvérisation avant évaporation. Dans de nombreux problèmes, de la transmission par inhalation de pathogènes respiratoires à la dispersion de polluants lors d’activités agricoles, ces suspensions de gouttes présentent une persistance remarquable, contrairement à la représentation académique de gouttelettes isolées s’évaporant dans un milieu sec. APIEDS vise à remédier à ce déficit de savoir grâce à une approche globale qui mêle techniques expérimentales avancées et modélisation théorique.
Après une introduction présentant le contexte d'application des pulvérisations denses et un examen des connaissances actuelles et des recherches en suspens, le projet décrit un programme de recherche structuré autour de trois objectifs clés. Premièrement, il s’efforce de comprendre les mécanismes dynamiques régissant la persistance de pulvérisations denses, en se concentrant sur l’interaction entre les processus d’évaporation/condensation, le transport et le mélange de vapeur entre les gouttelettes. Comprendre comment ces facteurs affectent la durée de vie des aérosols pourrait conduire à des avancées significatives en matière de pulvérisation dans l'agriculture, en réduisant les nuisances, d’optimisation des processus de combustion dans les moteurs ou d'amélioration de l'administration de médicaments en aérosol. Le projet vise également à améliorer la compréhension de l’initiation de la pluie, en clarifiant le rôle de l’agrégation collisionnelle de gouttelettes.
Deuxièmement, le projet vise à explorer le contrôle de la nucléation dans une situation limitée par le mélange de vapeur, de noyaux de condensation et de chaleur dans le cas d'une pulvérisation de gouttelettes d'eau. Deux types d'expériences de nucléation limitées par le mélange sont proposés, l'une étudiant la nucléation en volume et l'autre la nucléation sur une surface (buée).

Troisièmement, dans une partie plus exploratoire, APIEDS vise à comprendre le rôle des effets électrostatiques dans les pulvérisations denses. Dans le cas de gouttelettes chargées, les interactions électrostatiques peuvent prolonger la persistance de gouttelettes en aérosol, et inhiber la coalescence. En présence d'un champ électrique externe, on s’attend au contraire à ce que les dipôles induits favorisent la coalescence par interaction attractive. Cette partie du projet a non seulement des applications potentielles en science de l’atmosphère et pour la microphysique des nuages, mais également pour la technologie des purificateurs d’air et des échantillonneurs de bioaérosols.

En résumé, APIEDS se propose de démêler la dynamique complexe des pulvérisations denses dans les régimes d’évaporation et de condensation. Grâce à une combinaison d'expériences, de théorie et par une synergie collaborative, le projet vise à éclairer et à contribuer à résoudre certains des problèmes les plus difficiles auxquels la société soit confrontée aujourd'hui, notamment en ce qui concerne le changement climatique et l'émergence de pathogènes respiratoires.