Phénomène, dans un écoulement liquide, par lequel des baisses locales de pression jusqu'à la pression de vapeur conduisent à la nucléation, à la croissance puis à l'effondrement violent de cavités de vapeur (bulles), générant des cisaillements intenses, des ondes de choc et des points chauds transitoires qui modifient le transfert de matière, le mélange, les vitesses de réaction et peuvent provoquer l'érosion des matériaux.

Principe

Lorsque la pression statique locale liée à l'écoulement descend en dessous de la pression de vapeur du liquide, une transition de phase vers la vapeur se produit ; la ré-augmentation de pression entraîne l'effondrement des bulles, concentrant localement de l'énergie mécanique et thermique.

Démonstration

Scénario illustratif : un liquide traverse une constriction de type Venturi. À la gorge, la pression chute en dessous de la pression de vapeur et des cavités de vapeur se forment. En aval, la pression remonte et les cavités s'effondrent à proximité d'une paroi métallique, provoquant du piégeage et une cavitation provoquant du piqûrement de la surface et un mélange localement renforcé en quelques millisecondes.

Mauvaise application

Confondre toute bulle visible ou dégazage avec de la cavitation. L'erreur consiste à ne pas distinguer les cavités de vapeur issues d'une pression locale < pression de vapeur des bulles résultant de l'exsolution de gaz dissous ou de bulles piégées, qui ont des dynamiques et des effets d'effondrement différents.

Conséquence

Sur le plan opérationnel, la cavitation peut endommager les composants hydrauliques (érosion, vibration, bruit, baisse de rendement des pompes) et, si elle est maîtrisée, être utilisée pour l'intensification des procédés (transferts de masse accrus, émulsification, accélération de réactions chimiques).

Inversion

Si le fluide est proche de son point critique, compressible ou contient des microbulles injectées (p. ex. cavitation acoustique), la dynamique d'effondrement et la concentration d'énergie diffèrent ; dans les écoulements très visqueux ou à très petite échelle, la cavitation peut être supprimée.

Limite

Clairement dans le champ : cavités de vapeur générées par une pression locale d'écoulement inférieure à la pression de vapeur et s'effondrant dans un liquide. Cas frontière : bulles nucléées sur une surface rugueuse où la pression transitoire et la tension superficielle s'opposent — le résultat dépend de l'énergie de nucléation. Hors : ébullition due à chauffage volumique ou dégazage de gaz dissous sans transition de phase induite par la pression.

Tension sémantique

Contrôle versus exploitation : il faut arbitrer entre limiter la cavitation pour protéger l'équipement et la provoquer délibérément pour bénéficier d'intensification de procédé ; ces objectifs conditionnent la conception et le point de fonctionnement.

Synthèse

La cavitation hydrodynamique est un phénomène local de changement de phase commandé par l'écoulement ; son impact utile ou nuisible dépend de l'emplacement et de la manière dont l'énergie d'effondrement des bulles est distribuée.