La vidange des bouteilles est un phénomène que la plupart d’entre nous ont observé en versant une boisson. Des chercheurs de l’Institut indien de technologie de Roorkee ont découvert comment rendre les bouteilles vides plus rapidement, ce qui a de vastes implications dans de nombreux domaines au-delà de l’industrie des boissons.



Les bulles ont été étudiées de manière approfondie pendant des siècles, y compris les premiers efforts de Léonard de Vinci qui a notablement remarqué la montée sinusoïdale des bulles dans une piscine. La dynamique de croissance des bulles à l’embouchure d’une bouteille dépend des propriétés thermophysiques du fluide, de la géométrie de la bouteille et de son angle d’inclinaison. Ces paramètres inextricablement liés ont fait de la dynamique de vidange des bouteilles la prochaine frontière pour les physiciens des bulles.

Dans Physics of Fluids de cette semaine, de AIP Publishing. L’analyse d’images leur a permis de conceptualiser divers paramètres, tels que l’épaisseur du film liquide, le rapport d’aspect des bulles, la vitesse de montée et les modes de vidange des bouteilles.



« La dynamique des bulles à l’intérieur de la bouteille est trop complexe pour être étudiée, nous avons donc divisé la croissance interfaciale des bulles en différentes étapes pour les comprendre », a déclaré Rohilla.

Il est bien connu que le temps de vidange d’une bouteille est plus rapide si vous augmentez son angle d’inclinaison. Cela augmente ce que l’on appelle la fréquence de pincement des bulles, et l’augmentation relative dépend des propriétés thermophysiques du fluide.

« Nos expériences suggèrent qu’il existe un angle d’inclinaison critique, après quoi toute nouvelle augmentation de l’inclinaison de la bouteille ne conduira pas à une réduction supplémentaire du temps de vidange de la bouteille », a déclaré Rohilla. « Cela se produit en raison de la saturation du vide, l’espace occupé par l’air dans le liquide environnant, à la bouche de la bouteille avec l’angle d’inclinaison. »

Deux modes distincts de vidange des bouteilles ont été identifiés. Dans un mode, le taux de décharge est augmenté en raison d’un pincement à haute fréquence des bulles d’air à l’intérieur de la bouteille. Dans l’autre mode, elle est causée par une augmentation du volume de la bulle pincée à une fréquence relativement plus faible.

« Nous avons également observé une bulle encapsulée lors du déchargement de fluide dans une bouteille verticalement renversée », a déclaré Rohilla. « Les bulles encapsulées ont des points de pincement à l’extérieur de la bouche de la bouteille, contrairement à l’intuition. La présence d’un violent jet d’éjection dans les fluides non visqueux, dans lequel le liquide devient mince en raison de presque aucun frottement interne, et son absence complète dans les fluides visqueux contrôlent la périodicité de les bulles. « 

Ce travail prouve que la géométrie et les propriétés thermophysiques des bouteilles jouent un rôle dans la réduction du temps nécessaire pour une bouteille vide.

« Nous pouvons manipuler le modèle de décharge de la bouteille en manipulant la géométrie de la bouteille », a déclaré Das. « Une conception intuitive de bouteille spécifique au produit permettra un meilleur contrôle de son taux de décharge. »

L’industrie des boissons et les usines chimiques font partie des applications qui bénéficieront de cette meilleure compréhension de la géométrie des bouteilles.