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Formation de mousse lors du drainage d’une solution de tensioactif dans un modèle mésoporeux microfluidique

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Formation de mousse lors du drainage d’une solution de tensioactif dans un modèle mésoporeux microfluidique

La dynamique de formation de mousse dans l’espace poreux d’un modèle mésoporeux microfluidique a été analysée lors du déplacement de la solution tensioactive par injection de gaz (air) à débit volumétrique constant. L’évolution de la structure de la mousse et la réversibilité du mouvement des gaz (viscosité apparente du gaz) ont été évaluées en fonction de la concentration en tensioactif.

Modèle microfluidique

Des expériences d’injection de fluide ont été réalisées sur un milieu poreux microfluidique modèle en verre borosilicaté, fabriqué par Micronit. Le micromotif est mouillé avec de l’eau et contient une matrice poreuse d’une longueur de 20 mm × une largeur de 10 mm et d’une profondeur de gravure de 20 µm. Les chambres de distribution du débit d’entrée et de sortie ont une largeur de 500 µm. Le dispositif est conçu en plaçant de manière aléatoire des structures en forme de grain de roche pour ressembler à la géométrie réelle d’une tranche de roche de grès. Des corps poreux et des gorges apparaissent entre les structures matricielles solides. La taille approximative du plus petit anneau est de 12 µm, tandis que celle du plus grand est d’environ 250 µm. Le volume poreux est de 2,3 µL, ce qui correspond à une porosité de 0,57. La perméabilité du modèle, selon le fournisseur, est de 2,5 D. Les valeurs absolues de porosité et de perméabilité sont supérieures à celles des roches réservoirs typiques, cependant, travailler avec une géométrie 2D transparente permet de visualiser les événements à l’échelle des pores et la corrélation entre ceux-ci. événements et comportement d’écoulement macroscopique. La figure 1 montre une image du petit modèle. La répartition des phases a évolué dans une zone de 9,33 x 5,32 mm2 Le microcosme, surligné en jaune sur la figure, a été enregistré pendant toute la durée des expériences afin d’évaluer l’évolution de la texture de la mousse et de déterminer le nombre de lamelles dans l’espace poreux. Après avoir atteint un état stable, une image de l’ensemble de l’espace poreux a été obtenue.

Figure 1

Image de la maquette du milieu poreux utilisé dans l’étude. La zone surlignée en jaune représente la région où l’évolution du nombre de plaquettes lors du moussage a été mesurée.

Configuration et procédure expérimentales

Le dispositif expérimental est schématisé sur la figure 2. Les phases aqueuses et gazeuses ont été injectées à l’aide d’un pousse-seringue (Harvard Apparatus) avec des seringues en verre scellées (Hamilton), avec terminaison en téflon et couplage Luer-Lock. Une vanne à trois voies a été utilisée pour connecter le transducteur de pression à la conduite d’injection. Le dispositif microfluidique a été placé sur la platine d’un microscope inversé (Leica DMi8) pour la visualisation. Une caméra Leica MC170 HD a été utilisée pour enregistrer l’évolution de l’injection de gaz et de la formation des plaques au cours de chaque expérience.

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La pression différentielle a été mesurée à l’aide d’un transducteur de pression DP15TL (Validyne) placé au-dessus du dispositif microfluidique. Les membranes utilisées ont une finesse de 0,5 % et des plages de pression de 0 à 5 psi et de 0 à 20 psi. Le port était à ciel ouvert.

Figure 2
Figure 2

Afin d’assurer une saturation complète de l’espace poreux avec la phase aqueuse sans bulles de gaz, le microcosme a d’abord été saturé de dioxyde de carbone. Après cette première étape, le modèle a été complètement saturé de phase aqueuse (eau ou solution tensioactive).

La phase aqueuse a été déplacée par injection de gaz à un débit volumétrique constant de \(q_g = 1\) ml/h jusqu’à ce que la pression différentielle atteigne l’état stable. L’éventail des figures poétiques a été exploré \(Ca = \mu _a V / \sigma = 2,1 \times 10^{-5}\) à \(4,1\fois 10^{-5}\). Le nombre capillaire est défini en fonction de la viscosité de la phase aqueuse \(\Mo _a\)la tension superficielle entre les phases \(\sigma\) Et la vitesse de Darcy Cinquième.

Le dodécylsulfate de sodium (SDS) était le tensioactif utilisé dans les expériences. La solution a été préparée en dissolvant le tensioactif en poudre dans de l’eau déminéralisée et filtrée sur un filtre de 0,45 µm. Un colorant aqueux a été ajouté à la solution tensioactive pour mieux distinguer le liquide des autres liquides et de la matrice vitreuse lors des expériences de visualisation.

Des mesures de tension superficielle ont été effectuées dans des solutions aqueuses de SDS afin de déterminer la concentration micellaire critique (CMC) du système. Toutes les mesures ont été effectuées sur un tonomètre DCAT25 par DataPhysics Instruments à l’aide d’une plaque Wilhelmy. Les valeurs de tension superficielle rapportées ont été obtenues à une température constante de 23 °C. La tension superficielle d’équilibre de l’eau avec le colorant rouge utilisé pour préparer les solutions était de 61,6 mN/m. La valeur de la tension superficielle se stabilise à 34,4 mN/m à une concentration de tensioactif suffisamment élevée. La concentration micellaire critique (CMC) mesurée était d’environ 3 g/L.

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Quantification par analyse d’images

Les images enregistrées au cours de chaque expérience ont été traitées à l’aide de Fiji Is Just ImageJ.26, qui possède plusieurs plugins intégrés qui facilitent l’analyse scientifique des images. L’objectif principal de l’analyse d’images était d’évaluer la phase aqueuse restante et de déterminer l’évolution de la numération plaquettaire.

Tout d’abord, une image du dispositif entièrement saturé d’air a été utilisée pour déterminer la composition de la matrice solide et l’espace des pores. Cette image s’appelle masque.

Lors du déplacement de la solution tensioactive par injection de gaz, les images acquises toutes les 10 s à partir de la vidéo enregistrée ont été analysées. La figure 3 montre un exemple de ces images. La présence de films liquides délimitant de multiples bulles de gaz est évidente.

figure 3
figure 3

Milieu poreux après déplacement de la solution tensioactive par l’air. L’espace poreux présente plusieurs lamelles.

Le plugin s’appelle BUnwarpJ Il a été utilisé pour aligner les images à chaque pas de temps et masquece qui est essentiel pour les soustractions d’images utilisées pour calculer le nombre de plaques. BUnwarpJ Il s’agit d’un algorithme pour l’enregistrement d’images flexible et cohérent27. Les macro-commandes Fidji utilisées pour ce processus sont :

Figure A

L’étape suivante consistait à dupliquer les deux images. Trois algorithmes de seuillage, Isodata, ont été utilisés28Huang29 Et le triangle30, en fonction des conditions d’éclairage de chaque expérience. Objets pseudo-isolés (moins de 100 pixels2) Il est possible qu’il y ait de la saleté dans le dispositif en verre ou que des impuretés présentes dans les liquides aient été éliminées après la double procédure. Les macro-commandes Fidji utilisées pour ces opérations sont :

Figure B

Pour isoler les lamelles et supprimer les limites de matrice solide de l’image, une opération booléenne (ET) a été effectuée entre les images binaires et alignée pour chaque pas de temps et l’image inversée. masque. La macro-commande Fidji utilisée pour cette opération est :

Figure c

En raison de petites différences dans la représentation des joints de grains solides dans les deux images, le processus de soustraction n’est pas idéal et génère de très petits objets. Objets inférieurs à 10 pixels2 Supprimé à l’aide des commandes :

Figure D

Le résultat de ces opérations est représenté sur la figure 4. Le nombre de plaques n’est pas égal au nombre d’objets isolés sur la figure 4, car différentes plaques peuvent être reliées pour former un seul objet. Pour isoler chaque tranche, les objets sont structurés, ce qui implique de supprimer à plusieurs reprises des pixels des limites des objets jusqu’à ce qu’ils soient réduits à des formes d’un pixel de large. Brancher Analyse du squelette 2D/3D Il est utilisé pour trier la branche, le nœud et le point final de chaque objet et les représenter dans différentes couleurs31. Les nœuds (connexion entre différentes branches) ont une tonalité inférieure à 71, ils peuvent donc être supprimés par un processus de seuillage. Les macro-commandes Fidji utilisées pour ces opérations sont :

Figure 4
Figure 4

Une image claire contenant les plaques.

Figure E

Le résultat de ces processus est représenté dans la figure 5, qui montre (a) l’image originale, contenant des joints de grains solides et des lamelles, et (b) l’image structurelle après soustraction. masque et (c) l’image dans laquelle les nœuds et les lamelles ne sont pas connectés les uns aux autres.

Figure 5
Figure 5

(une(Image originale, les nœuds sont marqués d’un cercle rouge, (B(Nœuds identifiés dans l’image structurelle, (C) Image avec les nœuds supprimés.

Suite à la série d’opérations sur l’image décrite précédemment, le nombre de plaques est égal au nombre d’objets isolés dans l’image. Lors de la quantification du nombre de plaques, seuls les objets de plus de 15 pixels sont sélectionnés2 (\(\environ 18,2^2 \mu m^2\)) sont considérés. Le nombre de feuilles dans l’image est déterminé par la commande :

Figure F

Les ensembles de commandes de macro précédents sont regroupés en une seule macro qui peut être exécutée automatiquement et de manière répétée. La macro prenait une image de référence en entrée et parcourait une série d’images contenant des plaques, donnant le nombre de plaques par image en sortie.

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Le T. rex était peut-être beaucoup plus lourd et plus long qu’on ne le pensait auparavant – étude

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Le T. rex était peut-être beaucoup plus lourd et plus long qu’on ne le pensait auparavant – étude

Les chercheurs suggèrent que le Tyrannosaurus rex était peut-être 70 % plus lourd qu’on ne le pensait auparavant et 25 % plus long.

Le plus grand T. rex jamais trouvé vivant pourrait être beaucoup plus grand que le plus grand spécimen actuellement connu, puisqu’il pèse environ 15 tonnes au lieu de 8,8 tonnes et mesure 15 mètres de long au lieu de 12 mètres, selon l’étude.

De nombreux dinosaures plus grands appartenant à divers groupes ont été identifiés à partir d’un seul bon spécimen fossile.

Il est donc impossible de savoir si cet animal est un grand ou un petit exemplaire de cette espèce.

Les chercheurs soulignent que déterminer quel dinosaure était le plus grand, sur la base d’une poignée de fossiles, n’a pas beaucoup de sens.

Dans la nouvelle étude, le Dr Jordan Malone du Musée canadien de la nature à Ottawa, au Canada, et le Dr David Hone de l’Université Queen Mary de Londres, ont utilisé la modélisation informatique pour évaluer un groupe de dinosaures T. rex.

Ils ont pris en compte des facteurs tels que la taille de la population, le taux de croissance, la durée de vie moyenne et le caractère incomplet des archives fossiles.

« Notre étude suggère que pour les grands animaux fossiles tels que le T. rex, nous n’avons aucune idée, d’après les archives fossiles, de la taille absolue qu’ils ont pu atteindre », a déclaré le Dr Malone.

« C’est amusant de penser à un T. rex de 15 tonnes, mais les implications sont également intéressantes d’un point de vue biomécanique ou écologique. »

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Le Dr Hohn a déclaré : « Il est important de souligner qu’il ne s’agit pas vraiment du T. rex, qui constitue la base de notre étude, mais que cette question s’applique à tous les dinosaures et à de nombreuses autres espèces fossiles.

« Se disputer sur « qu’est-ce qui est le plus gros ? » en se basant sur quelques squelettes n’a pas vraiment de sens. »

Le T. rex a été choisi pour le modèle car bon nombre de ses détails étaient déjà bien appréciés.

Le modèle est basé sur des modèles de crocodiles vivants, choisis en raison de leur grande taille et de leur relation étroite avec les dinosaures.

Les chercheurs ont découvert que les plus grands fossiles connus de T. rex se situent probablement dans le 99e centile, soit le 1 pour cent supérieur de la taille du corps.

Cependant, ils soulignent que pour trouver un animal parmi les 99,99 pour cent (un tyrannosaure sur dix mille), les scientifiques devraient fouiller des fossiles au rythme actuel pendant encore 1 000 ans.

Les estimations de taille sont basées sur un modèle, mais la découverte de géants d’espèces modernes suggère qu’il devait encore y avoir des dinosaures plus grands.

« Certains des os et morceaux isolés indiquent clairement des individus plus gros que les squelettes dont nous disposons actuellement », a déclaré le Dr Hoon.

Les résultats ont été publiés dans la revue Ecology and Evolution.

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Comment des physiciens américains ont joué à Dieu et ont créé un nouvel élément appelé Livermorium à l’aide d’un faisceau de particules de titane

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Comment des physiciens américains ont joué à Dieu et ont créé un nouvel élément appelé Livermorium à l’aide d’un faisceau de particules de titane

Un scientifique du Lawrence Berkeley National Laboratory travaille sur un dispositif de séparation lors d’une expérience. Crédit image : Laboratoire national Lawrence Berkeley

Une équipe de scientifiques et de chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory en Californie a récemment annoncé une réalisation révolutionnaire : la création du Livemorium, ou élément 116, à l’aide d’un faisceau de particules de titane.

C’est la première fois qu’un hépatique est fabriqué de cette manière, rapprochant les chercheurs de l’insaisissable « îlot de stabilité », où les éléments très lourds sont censés avoir une durée de vie plus longue, ce qui les rend plus faciles à étudier. Plus important encore, c’est la première fois qu’un objet extrêmement lourd est fabriqué de cette manière par des humains.

Rainer Kröcken, directeur des sciences nucléaires au Berkeley Lab, a exprimé son optimisme quant à la découverte, soulignant la nature collaborative de l’expérience. Il a déclaré que la production de l’élément 120, la prochaine cible, prendrait beaucoup plus de temps mais semblait désormais possible. Annoncé lors de la conférence Nuclear Structure 2024, l’article sera bientôt disponible sur le référentiel de prépublications arXiv et sera soumis à la revue Physical Review Letters.

Utilisation innovante d’une poutre en titane pour créer l’élément 116
Dans leur expérience, les scientifiques ont utilisé un faisceau de titane-50, un isotope spécifique, pour générer du Livemorium, ce qui en fait l’élément le plus lourd créé à ce jour au laboratoire de Berkeley. Ce laboratoire a une riche histoire de découverte d’éléments, qui a contribué à l’identification de 16 éléments allant du technétium (43) au seaborgium (106).

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Jacqueline Gates, qui a dirigé le dernier effort, a exprimé sa confiance dans les résultats, notant que les chances que les résultats soient une anomalie statistique sont très faibles. Le processus impliquait de chauffer le titane à environ 3 000 °F (1 649 °C) jusqu’à ce qu’il se vaporise. L’équipe a ensuite bombardé le titane vaporisé avec des micro-ondes, en enlevant 22 électrons et en préparant les ions pour l’accélération dans un cyclotron de 88 pouces au laboratoire de Berkeley.

Les ions de titane accélérés sont dirigés vers une cible de plutonium, des milliards d’ions frappant la cible chaque seconde. Ce bombardement intense a finalement créé deux atomes de Livermorium sur une période de 22 jours. L’utilisation du titane à cette fin représente une nouvelle technologie pour synthétiser des éléments plus lourds, car les éléments précédents de cette gamme, de 114 à 118, avaient été synthétisés à l’aide d’un faisceau de calcium 48.

Jennifer Burr, physicienne nucléaire au groupe des éléments lourds du Berkeley Lab, a souligné l’importance de cette méthode. La production de l’élément 116 à partir de titane valide cette nouvelle approche, ouvrant la voie à de futures expériences visant à produire des éléments plus lourds, comme l’élément 120.

Trouver l’article 120
Le succès de la création de l’élément 116 a ouvert la voie au prochain objectif ambitieux de l’équipe : créer l’élément 120. S’il est atteint, l’élément 120 sera l’atome le plus lourd jamais créé et fera partie de « l’îlot de stabilité », un groupe théorique d’éléments super-lourds de qui devrait être plus long que ceux découverts jusqu’à présent.

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Le laboratoire prévoit de commencer à tenter de créer l’élément 120 en 2025. Le processus devrait prendre plusieurs années, reflétant la complexité et les défis inhérents à cette recherche de pointe. Les physiciens explorent les limites du tableau périodique, s’efforçant de repousser les limites de la connaissance et de la compréhension humaines en explorant les limites de la stabilité atomique.

Cette réalisation majeure démontre non seulement la créativité des scientifiques du Berkeley Lab, mais ouvre également la voie à de futures découvertes dans le domaine des éléments super-lourds, qui pourraient ouvrir la voie à de nouvelles connaissances sur la nature fondamentale de la matière.

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L’Institut des sciences spatiales et cosmiques commence une étude coordonnée de l’atmosphère autour des exoplanètes naines de type M

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L’Institut des sciences spatiales et cosmiques commence une étude coordonnée de l’atmosphère autour des exoplanètes naines de type M

L’Institut des sciences spatiales et cosmiques commence une étude coordonnée de l’atmosphère autour des exoplanètes naines de type M

La directrice de l’Institut des sciences spatiales et cosmiques, la Dre Jennifer Lutz, a accepté la recommandation principale du groupe de travail sur les initiatives exoplanétaires stratégiques et a décidé de procéder à une étude à grande échelle des exoplanètes naines rocheuses de type M.

Le programme utilisera environ 500 heures du temps discrétionnaire du directeur sur le télescope spatial James Webb pour rechercher l’atmosphère de plus d’une douzaine de systèmes proches.

Près de 250 observations ultraviolettes en orbite avec le télescope spatial Hubble seront utilisées pour déterminer l’activité des étoiles hôtes. Les observations seront effectuées par une équipe de direction du Space Science Institute dirigée par le Dr Nestor Espinosa et soutenue par le Dr Hannah Diamond Lowe en tant qu’équipe adjointe.

L’Institut des sciences spatiales et cosmiques emploie également un comité consultatif scientifique externe pour donner des conseils sur tous les aspects du programme, y compris la sélection des cibles, la vérification des données et les interactions communautaires équitables. Les membres du comité consultatif scientifique seront représentatifs de la communauté exoplanétaire au sens large, couvrant un large éventail d’affiliations institutionnelles et d’étapes de carrière.

Le Space Science Institute annoncera bientôt la possibilité de soumettre des candidatures, y compris des auto-nominations. La contribution de la communauté sera sollicitée sur la liste des cibles ; Les plans d’observation seront publiés bien avant la date limite de GWebb IV.

Rapport du groupe de travail sur les initiatives exoplanétaires stratégiques avec le télescope spatial Hubble et le télescope spatial James Webb

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Astrobiologie

Membre de l’Explorers Club, ancien gestionnaire de charge utile de la Station spatiale de la NASA/biologiste spatial, homme de plein air, journaliste, ancien grimpeur, synesthésie, mélange de Na’vi, Jedi, Freeman et bouddhiste, langue des signes américaine, camp de base de l’île Devon et vétéran de l’Everest, (il /lui) 🖖🏻

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