Les oscillations des gouttes de Leidenfrost



À plus haute température, à partir de 350°C environ et au delà d'un rayon minimal, de 5mm environ, les gouttes se mettent à osciller très rapidement.

En fonction du rayon de la goutte et de manière qui semble aléatoire nous pouvons constater plusieurs sortes d'oscillations. Nous appelons « mode » la caractéristique d'oscillation.

Quelques modes que nous pouvons observer sont répertoriés dans le tableau ci-dessous :

Goutte simple

Mode 2

Mode 3




Mode 4

Mode 6

Mode 12




Les modes se distinguent par des figures d'oscillations différentes en fonction de leurs nombres de branches. Nous n'avons jamais observé de mode supérieur à 12. Les modes qui reviennent les plus fréquemment sont les modes avec un petit nombre de branches. Lorsque la goutte est petite, le mode possède moins de branche.

Pendant l'évaporation d'une goutte, nous pouvons parfois observer plusieurs modes d'oscillations. En effet, quelquefois, les gouttes se mettent à osciller, puis s'arrêtent après une courte période (de l'ordre de la seconde) puis reprennent un mode. Entre deux modes successifs, la goutte peut sembler parfois très stable. Nous avons également observé que la goutte prenait généralement un mode 2 avant d'acquérir une stabilité définitive.



En s'appuyant sur ces mesures, nous séparons les deux phases de stabilité. Nous calculons la moyenne des rayons de la goutte respectifs. Ainsi, nous obtenons alors deux courbes distinctes de la taille du rayon après un mode dans le graphe ci-dessous.



À partir des mesures du graphique précédent, nous pouvons exprimer le rayon de la goutte en fonction de la vitesse de la vapeur w. En effet, nous avons vu dans la partie théorique (équation 4) que w est liée à la température par la formule :

Ainsi nous obtenons le rayon en fonction de la vitesse du flux de vapeur :

Le graphique ci-dessous montre la limite de stabilité pour la taille d'une goutte en lévitation sur un flux d'air obtenu dans l'article « oscillating and star-shaped drops levitated by an airflow ». L'axe du haut donne la vitesse du gaz. Celui-ci est estimé en divisant le flux total par la surface du matériel porreau.

L'allure du graphique est comparable à celle que nous avons obtenue. Le même phénomène apparait pour des rayons similaires. Cependant, la vitesse du flux dans les travaux de l'article de recherche est plus importante que celle que nous obtenons d'un facteur 10. Cette différence peut s'expliquer par de nombreux paramètres comme la température de la goutte d'eau qui implique notamment une longueur capillaire de l'eau différente, la forme du dispositif expérimental, les incertitudes sur les mesures, etc. Avec ces deux expériences différentes, nous retrouvons tout de même une similitude dans le phénomène.