Dew nucleation and growth

Daniel Beysens

doi:10.1016/j.crhy.2006.10.020

Dew nucleation and growth
[Nucléation et croissance de buée et rosée]

Daniel Beysens ^1,²

¹ Laboratoire de physique et mécanique des milieux hétérogènes, CNRS – ESPCI – université Paris 6 et Paris 7, 10, rue Vauquelin, 75231 Paris cedex 05, France
² Équipe du supercritique pour l'environnement, les matériaux et l'espace, service des basses températures, Commissariat à l'énergie atomique de Grenoble, 38054 Grenoble cedex 9, France

Comptes Rendus. Physique, Volume 7 (2006) no. 9-10, pp. 1082-1100.

Résumé
Abstract

La rosée se forme par condensation de vapeur d'eau sur un substrat sous forme de gouttelettes. Elle se caractérise par une nucléation hétérogène des gouttelettes suivie par leur croissance. La présence du substrat, qui induit une contrainte géométrique durant cette croissance, est à l'origine des particularités et de la richesse du phénomène. Le point important est l'interaction des gouttes par fusion ou coalescence, qui conduit à une croissance auto-similaire et lui assure son universalité. La dynamique de croissance ne dépend en effet que de la dimensionnalité du substrat et de celle des gouttes. Les coalescences mènent à des fluctuations temporelles et spatio-temporelles dans la couverture de substrat, dans la configuration des gouttes, etc., qui est à l'origine d'une dynamique très particulière. Quand le substrat est un liquide ou un cristal liquide, l'arrangement des gouttes peut montrer un ordre spatial spécial, tel que des phases cristalline et hexatique et des contours fractals. La condensation sur un substrat solide, près de son point de fusion peut faire « sauter » les gouttes. Les applications qui découlent du contrôle de la formation de la buée ou de la rosée sont diverses. On peut citer des exemples en médecine et en biologie (stérilisation), dans l'agriculture (serres) en hydrologie (production d'eau potable).

Dew is the condensation of water vapor into liquid droplets on a substrate. It is characterized by an initial heterogeneous nucleation on a substrate and a further growth of droplets. The presence of a substrate that geometrically constrains the growth is the origin of the peculiarities and richness of the phenomenon. A key point is the drop interaction through drop fusion or coalescence, which leads to scaling in the growth and gives universality to the process. As a matter of fact, growth dynamics are only dependent on substrate and drop dimensionality. Coalescence events lead to temporal and spatio-temporal fluctuations in the substrate coverage, drop configuration, etc., which give rise to a very peculiar dynamics. When the substrate is a liquid or a liquid crystal, the drop pattern can exhibit special spatial order, such as crystalline, hexatic phases and fractal contours. Condensation on a solid substrate near its melting point can make the drop jump.

The applications of monitoring dew formation are manifold. Examples can be found in medicine (sterilization process), agriculture (green houses) and hydrology (production of drinkable water).

Publié le : 2006-11-01

DOI : 10.1016/j.crhy.2006.10.020

Keywords: Nucleation, Heterogeneous nucleation, Dew, Breath figures, Dropwise condensation, Coalescence, Wetting
Mot clés : Nucléation, Nucléation hétérogène, Rosée, Condensation en gouttes, Coalescence, Mouillage

Affiliations des auteurs :

Daniel Beysens ^{1, 2}

¹ Laboratoire de physique et mécanique des milieux hétérogènes, CNRS – ESPCI – université Paris 6 et Paris 7, 10, rue Vauquelin, 75231 Paris cedex 05, France
² Équipe du supercritique pour l'environnement, les matériaux et l'espace, service des basses températures, Commissariat à l'énergie atomique de Grenoble, 38054 Grenoble cedex 9, France

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Daniel Beysens. Dew nucleation and growth. Comptes Rendus. Physique, Volume 7 (2006) no. 9-10, pp. 1082-1100. doi : 10.1016/j.crhy.2006.10.020. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/j.crhy.2006.10.020/

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