Etude expérimentale de gouttes nageuses : mécanismes physico-chimiques et hydrodynamiques

par Ziane Izri

Thèse de doctorat en Physique théorique

Sous la direction de Olivier Dauchot.

Soutenue en 2014

à Paris 7 .


  • Résumé

    Le but de cette thèse est de proposer un mécanisme de propulsion qui explique la nage observée de gouttes d'eau de quelques dizaines de microns de diamètre dans un mélange de squalane et de mono-oléine. Ces gouttes d'eau, sous certaines conditions de composition, sont en effet capables de nager sur des distances très grandes relativement à leur dimension, et ce pendant près de deux heures. Deux variantes de ce système ont été étudiées, l'une chimiquement inactive, l'autre, chimiquement active, mettant en jeu la réaction de Belouzov-Zhabotinsky. Après un rappel des notions et équations mises en jeu dans la description du mouvement de ces gouttes, sera présenté le dispositif expérimental microfluidique développé en réponse à un cahier des charges très contraignant pour produire ces émulsion. Ensuite, le comportement des gouttes dans chacun des deux cas sera décrit puis confronté à un modèle hydrodynamique pour rendre compte de l'apparition du phénomène d'auto-propulsion. La comparaison de ces deux cas, ainsi que de leurs variantes, aboutira à la mise en évidence de deux mécanismes de natures différentes, tous les deux prenant source dans une inhomogénéité d'énergie de surface, autrement dit dans l'effet Marangoni.


  • Résumé

    The goal of this thesis work is to propose a propulsion mechanism that accounts for the swimming properties of water droplets with a diameter of tens of micrometers in a mixture of squalane and monoolein. As a matter of fact, with the right composition, these water droplets are able to swim along a distance much longer than their diameter, and for about two hours. Two main variants of this system have been studied in this work: one that hosts the Belouzov-Zhabotinsky reaction, another that is chemically passive. After stating the main notions and equations involved in the description of the motion of these droplets, the microfluidic experimental setup that satisfies very constraining specifications to produce these droplets will be presented. Then, for each of the two variants, the behavior of the swimming droplets will be described and confronted to a hydrodynamic model to account for their self-propulsion. The comparison of these two cases, and of their respective variants, will highlight the existence of two different mechanisms, both taking their roots in an inhomogeneity of surface energy, that is to say in the Marangoni effect.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (VI-142 p.)
  • Annexes : 71 réf.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris Diderot - Paris 7. Service commun de la documentation. Bibliothèque Universitaire des Grands Moulins.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : TS (2014) 203
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