Mécanique des fluides : quel est le point commun entre les larmes de vin et la soudure laser ?

La comparaison entre les larmes de vin et la soudure laser vous paraît insolite, voire farfelue ? Si c’est le cas, vous allez sans doute être surpris en lisant ces lignes. Car il y a bien un lien entre la formation de gouttelettes sur un verre de vin et les techniques de soudage par faisceau laser ! Mais quel est ce point commun ? Et quelles en sont les conséquences en matière d’assemblage par faisceau laser ? En route pour un voyage au cœur de la matière.

Larmes de vin : de quoi parle-t-on ?

Vous avez peut-être déjà fait cette expérience : lorsqu’on fait tournoyer du vin dans un verre, des gouttelettes se forment sur la paroi. C’est ce qu’on appelle les larmes de vin. Pour qui sait les observer, la forme et la densité de ces gouttes coulant le long du verre délivrent de précieuses informations sur la teneur du vin en alcool et en sucre.

La mécanique des fluides et l’effet Marangoni

À l’origine de ce phénomène se trouve l’effet Marangoni. Ce mécanisme physico-chimique tient son nom d’un scientifique italien qui l’a étudié à l’université de Pavie en 1865 : Carlo Marangoni. Mais comment l’expliquer ?

Pour les scientifiques, c’est une question de tension de surface ou plutôt de  gradient de tension de surface. Plus le gradient de tension de surface est élevé, plus le liquide adhère à la surface du verre. Avec l’évaporation de l’alcool en bord de verre, le gradient va tirer le liquide jusqu’à un équilibre avec la gravité, c’est la formation du bourrelet et des larmes de vin. 

Sachant que la tension de surface est dépendante de la température et la concentration du liquide en soluté… vous pouvez désormais comprendre pourquoi les larmes de vin sont plus importantes par température élevée et lorsque le vin est sucré !

Et la soudure laser dans tout ça ?

Peut-être l’avez-vous déjà compris : le point commun entre la soudure laser et les larmes de vin, c’est l’effet Marangoni. Celui-ci joue un rôle essentiel dans la formation du bain de fusion lors d’une opération de soudage laser.

Avec un métal homogène, la zone centrale du bain de fusion, nommée « capillaire » est plus chaude que les bords. Le gradient de température oscille alors entre 1 300 et 1 500 °C. La tension de surface étant plus importante en bordure du bain de fusion, elle a tendance à tirer le métal vers l’extérieur en produisant un cordon large et peu pénétrant.

Mais en présence d’éléments tensioactifs comme des impuretés, la tension de surface du bain de fusion est diminuée. Parmi ces impuretés, le soufre, le phosphore ou encore l’oxygène peuvent provoquer des fissures à chaud, notamment avec les inox austénitiques.

Pendant que la tension du bain de fusion est abaissée en surface, la vaporisation des impuretés présentes dans la zone la plus chaude fait monter la tension à l’intérieur. Conséquence ? La surface du bain de fusion est tirée vers le capillaire, générant ainsi un cordon moins large et plus pénétrant.

Vous connaissez désormais le lien entre les larmes de vin et la soudure laser ! Sachez aussi que de nombreux paramètres ont un impact sur l’effet Marangoni dans le domaine de la soudure laser : température, forme du faisceau et vitesse de soudage, conductivité thermique des métaux utilisés, composition du gaz de protection, viscosité du bain de fusion… Avant de vous lancer dans un processus de soudage laser, il est donc préférable de prévoir des tests !

Vous avez envie d’éprouver davantage vos connaissances dans le domaine de la soudure laser ? Laissez-vous surprendre en faisant notre quiz sur le sujet !

Crédit photo : Pexels – Terry Vlisidis