Coralie Cornou   

Transflorescence

La rose est

                       sans pourquoi

 

La peinture Marangoni-dendritique exploite des principes de la physique des fluides pour générer des formes organiques ramifiées. La manière dont ces forces interagissent dans la peinture crée un environnement propice à la formation de motifs complexes et esthétiquement intéressants.

La physique de la peinture dendritique
 

Des chercheurs de l'Okinawa Institute of Science and Technology ont etudié la peinture dendritique et ont identifiés 3 facteurs clés du phénomène : 

 

  • L'effet Marangoni
  • La tension superficielle
  • Les contraintes de cisaillement

 

on peut très probablement ajouter a ces facteurs : 

 

  • L'instabilité interfaciale
  • La diffusion-limitation
  • La croissance anisotropique

 

Néanmoins, l'effet Marangoni et la diffusion-limitation sont sans doute les principaux phénomènes qui agissent dans la formation de peinture dendritique fluide ou Marangoni-dendritique.

 

L'Effet Marangoni en peinture
 

L'effet Marangoni est un phénomène clé dans la formation de structures dendritiques dans la peinture. Il résulte de différences de tension superficielle à la surface de la peinture, souvent causées par des gradients de solvant, de température ou de concentration chimique. Ces différences créent un mouvement du fluide de la zone de basse tension vers la zone de haute tension. Ce flux de fluide local génère des instabilités à la surface de la peinture, ce qui favorise l'émergence de motifs ramifiés et de structures dendritiques. En d'autres termes, l'effet Marangoni provoque des mouvements locaux de fluide qui amplifient les instabilités et favorisent la croissance rapide dans certaines directions, créant ainsi des formes organiques complexes. Ce phénomène est souvent combiné avec d'autres processus, comme la diffusion-limitation ou les tensions interfaciales, qui interagissent pour produire les motifs observés.

 

La tension superficielle

 

À l'intérieur d'un liquide, chaque molécule subit des forces cohésives (d'interaction) égales dans toutes les directions, ce qui équilibre les forces. Cependant, les molécules situées à la surface ne sont attirées que par leurs voisines en dessous ou sur les côtés, créant un déséquilibre. Ce déséquilibre génère une "tension" à la surface qui agit comme une sorte de « peau » invisible, résistant à l'expansion du liquide.

 

Les particules de pigments et les additifs dans la peinture peuvent influencer la tension superficielle de manière indirecte, en modifiant les interactions moléculaires locales. Par exemple, une particule de pigment peut altérer la concentration locale de solvant ou créer des hétérogénéités chimiques, ce qui peut engendrer des gradients de tension superficielle. Ces gradients, à leur tour, peuvent déclencher des phénomènes tels que l'effet Marangoni, qui amplifie les mouvements du fluide. 

Les Instabilités interfaciales
 

Les instabilités interfaciales dans la peinture dendritique se réfèrent à des perturbations qui se produisent à l'interface entre deux phases de liquide (comme la peinture et un solvant ou un autre liquide). Ces instabilités sont souvent le résultat de différences de propriétés physiques entre les liquides, telles que la viscosité, la densité ou la tension superficielle.

 

Dans le cas de la peinture dendritique, les instabilités interfaciales se manifestent généralement lorsque deux liquides aux caractéristiques différentes se rencontrent sur la surface de la peinture. Ces différences peuvent induire un mouvement du fluide, comme un flux ou un écoulement à l'interface, qui va perturber la stabilité de la surface du liquide. Par exemple, si un solvant plus volatile entre en contact avec la peinture, il peut modifier localement la tension superficielle, ce qui crée des zones où la peinture s'étend différemment ou où des structures ramifiées commencent à se former.

 

Les tensions interfaciales peuvent être influencées par l'effet Marangoni, mais elles ne sont pas seulement dues à cet effet. Les tensions interfaciales peuvent aussi découler d'interactions simples entre deux liquides de propriétés différentes (par exemple, une peinture et un solvant). Ces tensions peuvent influencer la répartition du fluide et provoquer des déformations ou des structures à la surface.

 

La tension superficielle agit comme une force omniprésente, influençant les flux globaux du fluide. Les instabilités interfaciales agissent à des frontières spécifiques, générant des motifs locaux. Ensemble, elles interagissent pour créer et amplifier les structures complexes observées dans la peinture dendritique

 

La diffusion limitation

 

La diffusion-limitation se produit lorsque des particules ou des molécules se déplacent lentement à travers un fluide en raison de la diffusion. La diffusion fait référence au mouvement des molécules d'une zone de concentration élevée vers une zone de concentration plus faible.

 

Dans un système où la diffusion est limitée, par exemple dans la peinture, les particules ou les molécules (comme des pigments ou des solvants) se déplacent moins rapidement vers des zones où elles peuvent se déposer ou s'accumuler. Cela signifie que les particules de la peinture peuvent se concentrer dans des zones spécifiques où leur concentration devient plus élevée. Si ce processus est suffisamment lent et localisé, il peut conduire à la formation de motifs complexes.

 

Dans la peinture, la diffusion est limitée parce que la peinture est visqueuse, les solvants s'évaporent pendant le séchage, et les particules peuvent s'agglutiner ou interagir d'une manière qui empêche leur libre circulation. Ces facteurs ralentissent le déplacement des particules et créent des zones de concentration.

 

 

L'effet Marangoni génère des mouvements locaux à la surface du fluide, entraînant des instabilités qui favorisent la formation de structures ramifiées. La diffusion-limitation, quant à elle, ralentit le déplacement des particules, ce qui permet à ces instabilités de se renforcer et de donner naissance à des formes complexes et dendritiques. L'interaction entre la dynamique de surface (effet Marangoni) et la diffusion des particules (diffusion-limitation) crée des motifs ramifiés et complexes dans la peinture.

Contrainte de cisaillement
 

La peinture acrylique, bien qu'elle semble figée une fois appliquée, est en réalité un fluide dynamique. Sa viscosité, c'est-à-dire sa résistance à l'écoulement, varie en fonction de facteurs externes tels que la température, l'humidité et les interactions avec d'autres liquides ou médiums.

 

Les contraintes de cisaillement (ou forces de cisaillement) sont des forces qui agissent parallèlement à la surface d'un fluide ou d'un matériau. Elles sont responsables du mouvement interne des couches d'un fluide ou d'un matériau solide. Par exemple, dans un fluide en mouvement, les couches voisines peuvent glisser les unes par rapport aux autres sous l'effet de forces de cisaillement.

 

 

Les contraintes de cisaillement affectent la dynamique des fluides en modifiant la façon dont les fluides interagissent à leurs interfaces. Elles ont un impact sur la vitesse de déformation des fluides et influencent la manière dont les instabilités se forment et se propagent.

 

Si les forces de cisaillement sont importantes, elles peuvent provoquer une propagation rapide ou un changement brusque dans la direction des motifs, alors que des cisaillements plus faibles pourraient conduire à une propagation plus lente et plus stable des instabilités. autrement dit, là où la peinture est plus fluide, les motifs dendritiques s’étendent aisément ; là où elle est plus visqueuse, les formes se figent et prennent une allure plus compacte. Les contraintes de cisaillement ont un effet sur la déformation de la peinture pendant l'application, mais elles sont moins significatives que les deux phénomènes précédents dans la formation des motifs dendritiques.

Croissance anisotropique
 

La croissance anisotropique fait référence à la croissance d’une structure qui n’est pas uniforme dans toutes les directions. Cela signifie que la vitesse de croissance varie en fonction de l'orientation dans l'espace. Cela se produit lorsque le matériau ou le système présente des propriétés différentes selon les directions, ce qui conduit à des différences dans la manière dont les structures se développent. Dans un système où la croissance est anisotrope, certaines directions favorisent une croissance plus rapide que d'autres. Par exemple, dans un cristal, certaines faces peuvent se former plus rapidement que d'autres en raison de la structure atomique sous-jacente.

 

Des conditions locales, comme une variation de température ou de concentration dans un système, peuvent induire une anisotropie dans la croissance. Par exemple, si un matériau est chauffé de manière non uniforme, la croissance des cristaux ou des structures peut être plus rapide dans les zones plus chaudes, créant ainsi des formes irrégulières ou orientées. 

 

La Croissance anisotropique peut renforcer la direction de la croissance dans des conditions particulières, mais elle est souvent moins influente que l'effet Marangoni dans la peinture dendritique.

 

Des chercheurs de l'Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) ont étudié la peinture dendritique. Voici leurs observations : source

 

Resumé
 

  • Les phénomènes clés qui expliquent la formation de peinture dendritique sont l'effet Marangoni et la diffusion-limitation. L'effet Marangoni crée des mouvements de fluide locaux, générant des motifs ramifiés, tandis que la diffusion-limitation ralentit la propagation des particules, favorisant l'accumulation et la formation des structures.
  • les tensions interfaciales et les contraintes de cisaillement influencent plus indirectement la formation des motifs, en modifiant l'écoulement ou les interactions entre les différentes couches de liquide, mais sans créer une dynamique aussi directe et dirigée que celles provoquées par l'effet Marangoni ou par la diffusion-limitation.
  • La croissance anisotropique peut orienter la direction des motifs mais n'est pas le principal moteur de la formation des structures dendritiques.

Le contenu présenté ci-dessus repose sur des principes scientifiques bien établis dans les domaines des phénomènes associés à la dynamique des fluides. Cependant, il est important de noter qu'il s'agit ici d'une interprétation effectuée en dehors de tout protocole expérimental.

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