Dans le cadre de notre troisième année de physique à l'Université de Nice Sophia-Antipolis, nous avons effectué notre stage au Laboratoire de Physique de la Matière Condensée au sein de l'équipe « Fluide et Matériaux Complexes », qui s'intéresse notamment à la mobilité des gouttes sur des substrats super hydrophobes, à la dynamique de jet et au phénomène de caléfaction.

Le phénomène de caléfaction a lieu lorsqu'une goutte de liquide est déposée sur une plaque portée à très haute température, largement supérieure à la température d'ébullition du liquide. Nous pourrions alors nous attendre à plusieurs phénomènes, par exemple une évaporation instantanée, ou encore une rentrée en ébullition violente suivie d'une explosion de la goutte. Or aucune de ces deux suppositions n'ont lieu. La goutte reste calme, prend une forme très arrondie et acquiert une très grande mobilité. Le secret de ce phénomène est la formation d'un film de vapeur qui vient se loger entre la goutte et la plaque chauffante. Ce coussin de gaz permet d'isoler thermiquement la bulle d'eau et lui confère sa mobilité extrême. Il permet d'expliquer également la raison pour laquelle la goutte d'eau ne disparaît pas instantanément et peut rester ainsi pendant un temps de l'ordre de la minute.

En 1756 un médecin allemand, Johann Gottlod Leidenfrost, fut le premier à s'intéresser à cette particularité. La caléfaction que l'on appelle également «  phénomène de Leidenfrost » apparut au grand jour. Par la suite ce scientifique y consacra une partie de ses travaux dans le courant du XVIIIème siècle.

Plus récemment, en 2006 un groupe de chercheurs néerlandais remet au goût du jour la découverte de Johann G Leidenfrost. Ils démontrent que lorsque nous apposons une goutte d'eau sur une surface horizontale, chaude, striée comme un toit d'usine, elles se mettent à avancer toutes seules, propulsées par leur propre vapeur.

Nous nous sommes intéressés pendant toute la durée de notre semestre à l'étude des gouttes de Leidenfrost portées à très haute température. Nous avons observé que pour une température comprise entre 350°C et 600°C une goutte de petite taille se mettait à osciller puis redevenait stable pour un rayon seuil. Pour les mêmes températures, nous avons également observé la formation de « cheminée » pour des gouttes plus grandes.

Ces deux phénomènes ne sont pas encore aujourd'hui largement étudiés. Nous avons étudié les comportements des gouttes de Leidenfrost à haute température et nos interrogations ont été de savoir si il y avait des liens entre le comportement de la goutte, un rayon seuil et la température et s'il nous était possible de reproduire une expérience pour retrouver des résultats comparables à certains sujets de recherches. Nous avons mesuré le rayon seuil pour lequel nous n'observons plus de présence de cheminée et une stabilité de la goutte, nous avons vérifié la cohérence de nos résultats avec des sujets de recherche et nous avons tenté de réaliser un diagramme de phase de la goutte de Leidenfrost à haute température.

Actuellement, des ingénieurs s'intéressent à cette spécificité, mais dans l'optique de pouvoir diminuer son effet voire l'annuler. Parce qu'elle isole thermiquement le liquide de son support, elle pose énormément de problèmes, notamment dans le refroidissement des machines. Les centrales nucléaires et le domaine de la métallurgie sont particulièrement affectés. Notons également que les gouttes de Leidenfrost sont un cas de super-hydrophobie idéal, à ce titre elles intéressent aussi l'industrie du textile et de la microélectronique pour le développement de matériaux qui ne se mouillent pas.