C'est une question qui intrigue les scientifiques depuis un siècle.Mais, soutenu par un prix de 625 000 $ pour services distingués en début de carrière du Département américain de l'énergie (DoE), Matteo Bucci, professeur adjoint au Département des sciences et de l'ingénierie nucléaires (NSE), espère se rapprocher d'une réponse.
Que vous réchauffiez une casserole d'eau pour des pâtes ou que vous conceviez un réacteur nucléaire, un phénomène - l'ébullition - est essentiel à l'efficacité des deux processus.
« L'ébullition est un mécanisme de transfert de chaleur très efficace ;c'est ainsi qu'une grande quantité de chaleur est évacuée de la surface, c'est pourquoi elle est utilisée dans de nombreuses applications à haute densité de puissance », a déclaré Bucci.Exemple d'utilisation : réacteur nucléaire.
Pour les non-initiés, l'ébullition semble simple - des bulles se forment qui éclatent, éliminant la chaleur.Mais que se passerait-il si tant de bulles se formaient et fusionnaient, créant une traînée de vapeur qui empêchait tout transfert de chaleur supplémentaire ?Un tel problème est une entité bien connue connue sous le nom de crise d'ébullition.Cela conduirait à un emballement thermique et à une défaillance des barres de combustible dans le réacteur nucléaire.Par conséquent, "comprendre et identifier les conditions dans lesquelles une crise d'ébullition peut se produire est essentiel pour développer des réacteurs nucléaires plus efficaces et plus compétitifs", a déclaré Butch.
Les premiers écrits sur la crise latente remontent à près d'un siècle avant 1926. Alors que beaucoup de travail a été fait, "il est clair que nous n'avons pas trouvé de réponse", a déclaré Bucci.Les crises d'ébullition restent un problème car, malgré l'abondance de modèles, il est difficile de mesurer les phénomènes pertinents pour les prouver ou les infirmer."[Boiling] est un processus qui se produit à très, très petite échelle et sur une très, très courte période de temps", a déclaré Bucci."Nous ne pouvons pas le regarder avec le niveau de détail nécessaire pour comprendre ce qui se passe réellement et tester des hypothèses."
Mais au cours des dernières années, Bucci et son équipe ont développé des diagnostics capables de mesurer les phénomènes liés à l'ébullition et de fournir une réponse indispensable à une question classique.Le diagnostic est basé sur des méthodes de mesure de température infrarouge utilisant la lumière visible."En combinant ces deux technologies, je pense que nous serons prêts à répondre aux questions de transfert de chaleur à long terme et à sortir du terrier du lapin", a déclaré Bucci.Les subventions du département américain de l'énergie du programme d'énergie nucléaire aideront cette étude et les autres efforts de recherche de Bucci.
Pour Bucci, qui a grandi à Citta di Castello, une petite ville près de Florence, en Italie, résoudre des énigmes n'a rien de nouveau.La mère de Butch était institutrice.Son père avait un atelier d'usinage qui a favorisé le passe-temps scientifique de Bucci."J'étais un grand fan de Lego quand j'étais enfant.C'était la passion », a-t-il ajouté.
Bien que l'Italie ait connu un grave déclin de l'énergie nucléaire au cours de ses années de formation, le sujet a fasciné Bucci.Les opportunités d'emploi dans le domaine étaient incertaines, mais Bucci a décidé de creuser plus profondément."Si je dois faire quelque chose pour le reste de ma vie, ce n'est pas aussi bon que je le voudrais", a-t-il plaisanté.Bucci a étudié le génie nucléaire de premier cycle et de troisième cycle à l'Université de Pise.
Son intérêt pour les mécanismes de transfert de chaleur trouve ses racines dans sa recherche doctorale, qu'il a menée au Commissariat aux énergies alternatives et à l'énergie atomique (CEA) à Paris.Là, un collègue a proposé de travailler sur la crise de l'eau bouillante.Cette fois, Bucci a jeté son dévolu sur la NSE du MIT et a contacté le professeur Jacopo Buongiorno pour s'enquérir des recherches de l'institut.Bucci a dû lever des fonds au CEA pour la recherche au MIT.Il est arrivé avec un billet aller-retour quelques jours avant l'attentat à la bombe du marathon de Boston en 2013.Mais depuis, Bucci y est resté, devenant chercheur scientifique puis professeur adjoint à l'ESN.
Bucci admet qu'il a eu du mal à s'adapter à son environnement lorsqu'il s'est inscrit pour la première fois au MIT, mais le travail et les amitiés avec des collègues – il considère que Guanyu Su et Reza Azizyan de NSE sont ses meilleurs amis – ont aidé à surmonter les premières appréhensions.
En plus des diagnostics d'ébullition, Bucci et son équipe travaillent également sur des moyens de combiner l'intelligence artificielle avec la recherche expérimentale.Il croit fermement que "l'intégration d'outils de diagnostic avancé, d'apprentissage automatique et de modélisation avancée portera ses fruits d'ici une décennie".
L'équipe de Bucci développe un laboratoire autonome pour mener des expériences de transfert de chaleur en ébullition.Propulsée par l'apprentissage automatique, la configuration décide des expériences à exécuter en fonction des objectifs d'apprentissage définis par l'équipe."Nous posons une question à laquelle la machine répondra en optimisant les types d'expériences nécessaires pour répondre à ces questions", a déclaré Bucci."Je pense honnêtement que c'est la prochaine frontière qui mijote."
"Lorsque vous grimpez à un arbre et que vous atteignez le sommet, vous vous rendez compte que l'horizon est plus large et plus beau", a déclaré Butch à propos de son enthousiasme pour la poursuite des recherches dans ce domaine.
Même en quête de nouveaux sommets, Bucci n'a pas oublié d'où il vient.Pour commémorer l'accueil par l'Italie de la Coupe du monde de football de 1990, une série d'affiches montre le stade de football à l'intérieur du Colisée, occupant une place de choix dans sa maison et son bureau.Ces affiches, créées par Alberto Burri, ont une valeur sentimentale : l'artiste italien (aujourd'hui décédé) était également originaire de la ville natale de Bucci, Citta di Castello.
Heure de publication : 10 août 2022