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- Phénomènes capillaires et instabilités dans les liquides miscibles et les solides mous sous forçage hal link

Auteur(s): Carbonaro A.

(Thèses) , 2020
Texte intégral en Openaccess : fichier pdf


Ref HAL: tel-03380491_v1
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Résumé:

Dans cette thèse nous proposons un travail expérimental visant à comprendre et mesurer la tension interfaciale effective (EIT) entre liquides moléculaires miscibles. Nous étudions d’abord la dynamique des gouttes en rotation lorsqu’elles sont soumises à un saut brusque de vitesse de rotation. Les gouttes immiscibles présentent une décroissance exponentielle vers leur forme d’équilibre, avec un temps caractéristique entièrement déterminé par les viscosités des deux fluides, la taille de la goutte et la tension interfaciale. Au contraire, une dynamique d’allongement complètement différente caractérise les gouttes miscibles avec une petite différence de concentration par rapport au fluide porteur: dans ce cas, la dynamique est bien saisie par une loi de puissance. De plus, pour une tension interfaciale suffisamment faible, les gouttes se déforment radialement en développant une forme "dumbbell", consistant en un corps central mince reliant deux têtes plus grandes. Nous étudions l’origine de ces formes et démontrons qu’elles peuvent être utilisées pour mesurer la tension interfaciale à la frontière entre la goutte et le fluide porteur. En développant un modèle simple dans lequel nous équilibrons la contrainte normale imposée sur la surface de la goutte, la contrainte de cisaillement opposée à la déformation et un terme de type Laplace contenant la tension de surface, nous exploitons la dynamique de déformation des gouttes miscibles pour mesurer l’EIT entre l’eau et le glycérol comme modèle pour les liquides miscibles simples. En particulier, nous trouvons une EIT de 250±50 nN/m pour l’eau pure en contact avec le glycérol pur, un ordre de grandeur inférieur aux limites expérimentales des techniques de tensiométrie plus conventionnelles. Dans cette thèse, nous explorons également pour la première fois l’utilisation systématique de la tensiométrie à goutte tournante pour mesurer le module élastique et la tension interfaciale des billes élastiques souples, montrant que cette technique permet la mesure simultanée des deux quantités. Enfin, nous étudions la stabilité des "coflows" stratifiés en viscosité comme deuxième voie d’étude de l’EIT. Deux régimes différents sont observés, car la longueur d’onde d’instabilité varie d’une façon non monotone par rapport aux débits. À des débits faibles où modérés, l’interaction entre l’interface et les parois du canal entraîne un effet de confinement empêchant l’excitation des ondes de grande amplitude. À des valeurs de débit plus élevées, l’amplitude de la perturbation atteint une valeur constante. Nous montrons que, pour comprendre la stabilité des flux stratifiés en viscosité, il faut tenir compte à la fois de la dissipation et de la production d’énergie cinétique, notamment en considérant la forme du profil de vitesse d’écoulement de base.