Pincement de gouttes de fluides complexes


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La scission d’un liquide en gouttes est un processus omniprésent dans la nature et l’industrie. Que l’on considère un chien qui s’ébroue, un éternuement, une imprimante jet d’encre ou un brumisateur, il existe un moment où le liquide se scinde en petites gouttes. En observant une goutte unique, on voit que le pont capillaire reliant la goutte au reste du liquide s’affine progressivement, jusqu’à rompre. L’ultime instant précédent la rupture montre une dynamique auto-similaire, suivant diverses lois de puissance selon les propriétés du liquide. Le détachement de la goutte se trouve compliqué par la présence dans le liquide d’objets dispersés, tels que des polymères, des particules solides ou des bulles. Or, si le processus de détachement est compris pour les simples liquides newtoniens, le cas de ces fluides complexes reste peu étudié.

Dans le cas d’une solution diluée de polymères, la taux de déformation du liquide suffisamment important pour dérouler puis étirer les chaînes de polymère. Ce processus donne au fluide un caractère visco-élastique. Nous avons montré que l’ajout de particules solides à une telle solution de polymères abaisse le seuil de déformation au-delà duquel le fluide devient visco-élastique. Ce phénomène s’explique par l’augmentation des contraintes visqueuses locales due aux particules. Cette expérience de détachement de goutte de suspension visco-élastique pourrait permettre de mesurer les contraintes locales dans les suspensions denses.



Thèse de doctorat : Impact et solidification de gouttes d’eau


GoutteThese J’ai effectué ma thèse à l’Institut ∂’Alembert sous la direction de Thomas Séon et de Christophe Josserand.

Lorsqu’une goutte d’eau tombe sur une surface froide – dont la température est inférieure à 0◦C – elle se met à geler en même temps qu’elle s’étale. La solidification ralentit l’étalement de la goutte, facilite sa fragmentation en gouttelettes, entraîne la rétraction de la goutte, et donne une certaine forme à la goutte gelée. La nature de la surface froide est déterminante dans le processus de solidification. Sur la base du problème de Stefan, nous avons développé un modèle de dynamique de solidification, prenant en compte la diffusion thermique dans le substrat. Ce modèle apporte une meilleure compréhension de l’influence des propriétés thermiques du substrat – sa température, son effusivité thermique – sur la vitesse de solidification d’un liquide. Il nous permet de prédire quantitativement la dynamique de solidification, et ainsi d’étudier la congélation d’une goutte pendant son impact. En ce qui concerne l’étalement de la goutte, nous avons montré que l’effet de la solidification pouvait être assimilée à celui de la viscosité, en ce qu’il ralentit l’écoulement. Nous avons montré que la fragmentation de la goutte à basse température est dû à l’augmentation de la densité de l’air. Une fois étalée, la goutte est piégée par la glace, qui l’empêche de se rétracter. Nous avons établi un lien entre la forme de la goutte étalée et la durée nécessaire à sa libération. Enfin, nous avons montré que la compétition entre la rétraction de l’eau liquide sur la glace et sa congélation était à l’origine des différents motifs observés.

Diffusion

Certaines photos issues de mon travail de thèse ont été retenues par Art in Research.

Les photos et vidéos que j’ai produites ont souvent été diffusées par FY Fluid Dynamics.

Vidéos

Cette vidéo a été présentée en 2018 à la Gallery of Fluid Motion. Les principales problématiques de ma thèse y sont résumées.

Posters

Gallery of Fluid Motion 2016

Gallery of Fluid Motion 2017


Manuscrit

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