Une Station d'Essai en Microgravité sous Champ Magnétique : Quelques résultats obtenus
Quelques résultats obtenus
Etude de la transition de phase de l'hydrogène au point critique en microgravité Le point critique d'un fluide est un point au-delà duquel on ne peut plus distinguer la phase liquide de la phase vapeur. On a à faire à un fluide monophasique. Chaque fluide a son propre point critique, par exemple pour l'eau, sa température critique est de 374.15 °C et sa pression critique de 221.2 bars. Pour H2, sa température critique est de 33K et sa pression critique de 13 bars. La Figure 4 ci-dessous montre le diagramme de phase de l'hydrogène. 

Figure 4 : diagramme de phase de l'hydrogène

Si on enferme un volume de liquide dans une cellule (comme celle de la figure 2) jusqu'à mi-hauteur et qu'on chauffe cette cellule, la pression dans la cellule montera en même temps que la température en suivant la courbe de coexistence liquide/gaz de la figure 4. Plus on se rapprochera du point critique et plus on aura du mal à distinguer l'interface liquide/vapeur (figure 5.1,2,3). Si on dépasse le point critique (figure 5-4), l'interface disparaît complètement. Si on décrit le cycle en sens inverse, c'est à dire qu'on refroidit la cellule, au passage du point critique, il se produit un brouillard de gouttelettes opaques à la lumière (figure 5-5) puis le fluide se réorganise suivant ses deux phases. Le passage de l'étape 5 à 7 est très rapide (quelques secondes) car la cinétique de coalescence est favorisée par la gravité. 
Si l'on fait la même expérience cette fois en gravité compensée, on observe un comportement différent. La figure 6 ci-dessous illustre le phénomène. Figure 6 -1-4 : Comme précédemment, la température de la cellule contenant de l'hydrogène est progressivement augmentée. On peut remarquer que loin du point critique (photo N°1) la phase gazeuse a une section bien circulaire. Au plus on se rapproche du point critique, au plus l'interface liquide/gaz se déforme. La raison en est la suivante : La tension superficielle diminuant fortement quand on se rapproche du point critique, une force même très faible peut déformer l'interface liquide/vapeur. Or, au sein de la cellule, on ne peut compenser exactement la gravité qu'en un seul point. Dès qu'on s'éloigne de ce point, des forces axiales et radiales apparaissent et déforment donc l'interface. Figure 6 -5-7 : On refroidit la cellule à 0.005K en dessous du point critique. Comme précédemment, il se produit un brouillard de gouttelettes opaques. Les deux phases se reconstituent progressivement. On peut observer la coalescence des bulles de gaz. La cinétique de croissance des bulles de vapeur est un phénomène étudié. Il faudra attendre plusieurs minutes avant de se retrouver dans le même état que la photo 3. Figure 6 -8 : retour à 32K. 

Maj : 13/01/2006 (203)

 

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