Dans les matériaux poreux – sols, roches, filtres – les liquides se déplacent à travers d'infimes canaux sinueux. Lorsque deux liquides non miscibles sont présents simultanément dans un tel milieu, comme l'eau et l'air, la frontière entre eux change constamment : les bulles d'air chassent l'eau de certains pores et ouvrent la voie à d'autres. Cela ressemble à un métro bondé où la foule se réorganise sans cesse, obligeant les individus à modifier leur trajectoire.

Les chercheurs ont étudié comment cet écoulement diphasique instationnaire influence le mélange des substances dissoutes. Il s'avère que le mouvement de l'interface entre les phases fait que le liquide s'étire et se replie, comme une pâte que l'on étale et replie à plusieurs reprises. Ce processus est appelé mélange chaotique : les particules de fluide voisines s'éloignent rapidement, et les substances se répartissent beaucoup plus efficacement que dans un écoulement monophasique calme.

À l'aide de modèles numériques, les scientifiques ont établi que la vitesse de mélange dépend du débit. Si l'écoulement est trop lent, le liquide se déforme à peine ; s'il est trop rapide, l'interface se déplace si souvent qu'elle n'a pas le temps d'étirer efficacement le liquide. Le mélange maximal est atteint à une vitesse optimale, lorsque la déformation de cisaillement est équilibrée par la fréquence des changements de direction de l'écoulement.

Cette découverte aide à comprendre comment se produisent le mélange et les réactions chimiques dans les systèmes multiphasiques, que ce soit dans la nature ou dans la technique – de la migration des polluants dans les eaux souterraines aux processus dans les réacteurs chimiques. En contrôlant la vitesse de l'écoulement, on peut renforcer ou atténuer le mélange, ce qui ouvre de nouvelles possibilités pour la purification de l'eau, l'extraction du pétrole et bien d'autres applications.