Ecoulement d'un film de biomolécules tensioactives : expériences et modélisation

par Yu-Lin Huang

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides et transferts

Sous la direction de Laurent Davoust et de Shuo-Hung Chang.

Soutenue en 2009

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble) en cotutelle avec l'Université nationale de Taiwan .

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  • Résumé

    L'objectif de la thèse est de contrôler, à partir d'un écoulement recirculant, la densification en 2-D de biomolécules amphiphiles à une surface liquide. Pour cela, une expérience basée sur une cuve annulaire est développée et l'on étudie le comportement d'une monocouche d'acide pentadecanoïque (PDA) soumise à des cisaillements volumique et surfacique. Une organisation mésoscopique avec deux phases 2-D (liquide expansée et liquide condensée) est mise en évidence par microscopie Brewster. A partir de la fraction aréolaire de phase condensée, on montre que l'écoulement centrifuge le long du fond tournant engendre une compression radiale centripète le long de l'interface et compacte les domaines condensés vers les petits rayons. Pour un niveau suffisant de centrifugation, le film de Langmuir expérimente une transition morphologique due à une forte atomisation des domaines condensés et pilotée par l'équilibre entre cisaillement de surface et tension de ligne effective. A vitesse de rotation élevée (nombre de Reynolds de l'ordre de 1000 ou plus), lorsque la phase condensée est organisée sous forme de films stratifiés, le cisaillement volumique engendre une fragmentation, en bon accord avec la littérature. Finalement, une formulation intégrale de l'écoulement annulaire cisaillé est proposée afin d'estimer au mieux le nombre de Boussinesq et la stratification visqueuse.


  • Résumé

    This thesis addresses flow-induced packing of amphiphilic bio-molecules along an air-water interface. Pentadecanoic acid (PDA) is selected as model system. Experiments are based on a shear flow provided in an annular channel whose floor is put in rotation. The liquid surface is covered by a Langmuir layer of PDA submitted to a bulk-driven shear at the liquid surface and to a 2-D shear along it, as well. Phase transition from liquid-expanded (LE) to liquid-condensed (LC) phases is observed under Brewster angle microscopy (BAM) and investigated based on area fraction distribution of the LC phase after permanent regime is established. The distribution of condensed phase demonstrates a radially-inwards packing along the liquid surface induced by centrifugation of the subphase. For a growing level of centrifugation, the Langmuir film experiences a strong morphological transition at meso scale, driven by a balance between surface shear and line tension. For a highly-densified PDA film, LC domains are stratifying. If sub-phase rotation is large enough (Re as large as 1000), bulk shearing is responsible for LC domains break-up in agreement with literature. An analytical modelling is proposed at a small Reynolds number with a new integral formulation which enables estimation of the Boussinesq number as well as the measurement of viscous stratification.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (196 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 190 réf.

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  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS09/GRE1/0185/D
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  • Cote : TS09/GRE1/0185
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