Le processus de formation de « microcavités », également appelé cavitation, se produit principalement là où la vitesse du liquide est maximale : la masse liquide perd sa continuité, créant une « mousse » gazeuse, particulièrement riche en oxygène, grâce à la vapeur et à l’air libérés.
Cette « mousse » gazeuse, en cas de cavitation incontrôlée, peut être extrêmement érosive et corrosive pour les métaux en raison du développement d’hydrolyses, d’oxydations, de polymérisations et de dépolymérisations.
L’effondrement très rapide des « microcavités » génère des micro-jets à très haute pression et à fortes concentrations d’énergie en très peu de temps et dans des espaces restreints. Si ces micro-jets ne sont pas contrôlés comme décrit précédemment, ils peuvent causer des dommages considérables aux tuyauteries et/ou aux pièces mobiles des machines à l’origine de ce phénomène.
- Par exemple, dans une canalisation, le phénomène de cavitation peut se développer davantage dans les sections où la ligne piézométrique descend sous l'axe de la canalisation, formant ainsi une dépression plus ou moins prononcée.
- Par exemple, dans une machine hydraulique (pompes centrifuges, axiales, turbines, etc.), le phénomène de cavitation peut se développer davantage aux points externes de la roue, où la vitesse est plus élevée et la pression plus faible.
La cavitation génère des frottements et des turbulences dans le liquide, provoquant, si elle n'est pas correctement contrôlée, une perte de rendement importante, des émissions sonores, des vibrations et des dommages aux composants.
La diminution de rendement et de puissance peut être supérieure à 3 % par rapport à des conditions similaires en l'absence de cavitation.
Bien que le processus soit similaire à celui, plus connu, de l'ébullition, la principale différence entre la cavitation et l'ébullition réside dans le fait qu'en ébullition, sous l'effet de l'augmentation de la température, la pression de vapeur augmente jusqu'à dépasser la pression du liquide, créant ainsi une bulle mécaniquement stable, car elle est remplie de vapeur à la même pression que le liquide environnant.
En cavitation, en revanche, la pression du liquide chute brutalement, tandis que la température et la pression de vapeur restent constantes.
De ce fait, la « bulle » de cavitation ne résiste que jusqu'à ce qu'elle quitte la zone de basse pression hydrostatique : dès qu'elle revient dans une zone du fluide au repos, la pression de vapeur ne suffit plus à contrer la pression hydrostatique et la bulle de cavitation implose, libérant une grande quantité d'énergie et la séquence d'ondes de choc associée.
La pression de vapeur d'un liquide est la pression partielle de la vapeur lorsque l'équilibre entre liquide et vapeur est établi.
Elle dépend de la température et augmente avec elle (pour l'eau, elle est de 4,6 mmHg à 0 °C et de 760 mmHg à 100 °C).
Une fois cette pression atteinte, le liquide et la vapeur sont considérés comme saturés (autant de molécules passent de la phase liquide à la phase vapeur que de molécules effectuant le processus inverse).
De plus, la chaleur par cavitation est diffusée uniformément sur tout le volume du liquide, tandis qu'une chaleur conventionnelle s'effectue par transfert, d'un point vers la face la plus extrême.
Cela permet d'éliminer les points chauds ou froids, les brûlures et, si nécessaire, de contrôler précisément la température.
