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Sept mois à agiter des échantillons et à faire de la mousse à bord de l’ISS

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Du 9 mars au 13 octobre 2020, le B. USOC a mené l’expérience Foam Coarsening consacrée à l'étude des propriétés des mousses humides en microgravité à l’intérieur du Laboratoire des sciences des fluides de la Station spatiale internationale. L’environnement en microgravité a permis d’étudier la physique mal connue des "mousses humides" sans l'effet drainant de la gravité qui, sur Terre, tire le liquide entre les bulles de mousse vers le bas.
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L’équipe du B. USOC a mené l’expérience FOAM-C (Foam Coarsening) consacrée à l’étude des propriétés hydrodynamiques des mousses humides en microgravité.

Du 9 mars au 13 octobre 2020, 17 tests de calibrage et 64 tests scientifiques ont été effectués pour observer la grosseur des bulles dans la mousse pour 23 cellules d’échantillons contenant une solution aqueuse de détergent.

L’expérience a été réalisée dans le Laboratoire des sciences des fluides (FSL) à bord de la Station spatiale internationale (ISS) et a nécessité six fois l’intervention d’un astronaute pour charger et décharger le conteneur d’expérience dans le FSL ou pour échanger des unités de cellules d’échantillons, dont cinq fois par l’astronaute de la NASA Chris Cassidy.

Le B. USOC télécharge et archive les images et les données de chaque expérience réalisée pour qu’elles puissent être récupérées et traitées en temps quasi réel par les scientifiques connectés à leur base d’accueil des utilisateurs (UHB).

Pourquoi en microgravité?

L’étude des mousses humides qui grossissent sur Terre est difficile car la gravité tire le liquide entre les bulles vers le bas, et les petites bulles se rétractent alors que les plus grosses ont tendance à grossir au détriment des autres.

En microgravité, les mousses humides sont plus stables car le liquide ne s’écoule pas comme sur Terre. Cela permet d’étudier le phénomène d’une bulle qui devient lentement plus grosse et qui éclate.

Les approches théoriques du drainage reposent sur des hypothèses qui ne sont valables que pour les mousses sèches. La physique des mousses humides est donc mal comprise. L’amélioration de la caractérisation des mousses humides est donc un objectif majeur de l’expérience FOAM-C.

Applications

Les mousses solides et liquides sont utilisées dans de nombreuses industries:

  • des produits de nettoyage
  • aliments
  • médicaments
  • l’huile de nettoyage de l’eau 

Une meilleure compréhension de la physique des mousses pourrait aider à améliorer leur contrôle et la conception des procédés dans l’industrie pour une utilisation future.

Feedback du chercheur principal de FOAM-C, D. Langevin, directeur de recherche au CNRS

L’équipe de FOAM-C s’est félicitée de la collaboration avec le B. USOC. Sans vous, nous aurions perdu beaucoup d’opportunités, car l’expérience a été une série de surprises: nos prévisions étaient basées sur des modèles qui se sont avérés inadaptés, nous devrons maintenant en trouver de meilleurs. Mais pour nous, ces résultats inattendus sont très stimulants. Nous avons dû adapter les temps de mesure, mettre en parallèle certains d’entre eux et effectuer des tests. Votre équipe a toujours été très compréhensive et très efficace.

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Les modèles d’ingénierie (à gauche) du conteneur d’expérience sur la dynamique des matières molles et (à droite) du laboratoire de science des fluides utilisé au B. USOC pour préparer l’expérience FOAM-C. © B.USOC
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Aspect visuel de la mousse dans une cellule d’échantillonnage à bord de l’ISS, immédiatement après le moussage par agitation du piston (à gauche) comparé à la situation après 8 jours de repos (à droite). © ESA/B.USOC