Étude de la coalescence et du mûrissement dans les mousses liquides : des expériences modèles à différentes échelles

par Laurie Saulnier

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Dominique Langevin.

Soutenue le 12-12-2012

à Paris 11 , dans le cadre de Ecole doctorale Physique de la Région Parisienne (....-2013) , en partenariat avec Laboratoire de physique des solides (Orsay, Essonne) (laboratoire) .

Le président du jury était Marc Rabaud.

Le jury était composé de Dominique Langevin, Marc Rabaud, Vance Bergeron, Isabelle Cantat, Bernard Zappoli, Emmanuelle Rio.

Les rapporteurs étaient Vance Bergeron, Isabelle Cantat.


  • Résumé

    Les mousses liquides sont très utilisées dans l'industrie comme dans la vie quotidienne. Cependant, leur stabilité n'est ni complètement comprise ni complètement maîtrisée, la formulation étant essentiellement empirique. Il est donc difficile d'une part de prédire la capacité d'une solution de tensioactifs à générer des mousses et d'autre part de prédire et de contrôler leur déstabilisation. Ce travail de thèse propose des expériences conceptuellement simples qui s'appuient sur le caractère multi-échelle des mousses pour tenter d'établir des liens clairs entre physico-chimie et mécanismes de déstabilisation. Dans un premier temps, nous avons revisité une expérience d'entraînement de films liquides sur un cadre pour illustrer la stabilité des films lors de la génération des mousses ou pendant un réarrangement (processus T1). Nous avons mis en lumière l’existence de deux régimes. Un régime dit non confiné, pour lequel la stabilité des films et réduite et dépend de la physico-chimie. Un régime dit confiné pour lequel le rôle de la physico-chimie est limité et la stabilité est majoritairement contrôlée par l’hydrodynamique.Dans un second temps nous nous sommes intéressés à l'influence de la physico-chimie et de la fraction liquide sur la compétition entre coalescence et mûrissement grâce à l'étude d'une unique couche de bulles (mousse 2D). Nous proposons une méthode de mesure in situ de la perméabilité des films par l'étude simple et rapide du régime transitoire du mûrissement de mousses 2D. Nous avons observé une corrélation entre coefficient de diffusion du gaz contenu dans les bulles et perméabilité.Enfin nous décrivons les résultats d’une expérience spatiale sur le vieillissement à temps long des mousses humides (fraction liquide supérieure à 30% en volume), extrêmement difficile sur Terre à cause du drainage gravitaire, et à laquelle nous avons participé.

  • Titre traduit

    A study of coalescence and coarsening in liquid foams : model experiments at different scales


  • Résumé

    Liquid foams are widely used in industry and in everyday life. However, their stability is not fully understood or fully controlled, their formulation being essentially empirical. It is therefore difficult to predict the ability of a surfactant solution to generate foam and to control their destabilization. This thesis proposes simple experiments that rely on the multi-scale nature of foams in order to attempt to establish clear links between physical chemistry and stability.First of all, we revisited an experiment of liquid films entrainment to illustrate the stability of foam films during generation or rearrangement (T1 process). We have shown the existence of two regimes: (i) a unconfined regime, for which the stability of films is reduced and depends on physical chemistry and (ii) a confined regime for which the role of physical chemistry stability is limited and is mainly controlled by hydrodynamics.Secondly, we investigated the influence of physical chemical and liquid fraction on the competition between coalescence and coarsening thanks to the study of a single layer of bubbles (2D foam). We propose a method for in situ measurement of the permeability of films by simple and fast study of the transient regime of coarsening in 2D foam. We observed a correlation between diffusion coefficient of gas and permeability.Finally we describe the results of a space experiment on wet foam aging at large times (volume liquid fraction higher than 30%), extremely difficult on Earth because of gravity drainage, and to which we participated.


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