Flows in foams : The role of particles, interfaces and slowing down in microgravity

par Pavel Yazhgur

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Dominique Langevin.

Le président du jury était Brigitte Pansu.

Le jury était composé de Dominique Langevin, Brigitte Pansu, Hugues Bodiguel, Benjamin Dollet, Anniina Salonen, Christophe Delaroche.

Les rapporteurs étaient Hugues Bodiguel, Benjamin Dollet.

  • Titre traduit

    Les écoulements dans les mousses : le rôle des particules, des interfaces et de la microgravité


  • Résumé

    Les mousses liquides sont des dispersions des bulles dans l'eau et elles sont largement utilisées dans un grand nombre de procédés technologiques et d’applications commerciales. Dans ma thèse, je me concentre sur les différents problèmes concernant les propriétés des mousses aqueuses et en particulier les écoulements gravitationnels dans les mousses.Les mousses contiennent une grande quantité d'interfaces couvertes par des molécules amphiphiles, et l'échange des tensioactifs entre l'interface et la phase volumique joue un rôle important pour la génération et la stabilité des mousses. Donc, mon premier projet a été d'étudier la dynamique d'adsorption de systèmes modèles aux interfaces air/eau. Les résultats obtenus nous ont aidés à comprendre comment l'adsorption lente des tensioactifs lors de la génération de la mousse peut influencer la mobilité des interfaces et changer le drainage de la mousse. Pour étudier les différents aspects de la physique de la mousse à l'échelle des bulles, des mousses pseudo-bidimensionnelles (des monocouches des bulles serrées entre deux plaques) sont largement utilisées. Dans ma thèse un modèle pour décrire la géométrie d'une mousse pseudo-bidimensionnelle a été introduit, cette description a été utilisée pour modéliser les conductivités électriques et hydrauliques de ces mousses. Dans certaines applications (par exemple, dans les industries du papier et de la peinture) la formation de la mousse peut causer de graves problèmes et des agents antimoussants appropriés sont utilisés. Dans ma thèse l'influence de la gravité sur l'efficacité antimoussante des gouttes d'huile de silicone a été étudiée expérimentalement en utilisant des vols paraboliques. Les résultats montrent que les particules antimoussantes ont besoin de la gravité pour être transportées d'une manière efficace, et la microgravité rend les antimousses très efficaces pratiquement inutiles. Etant initialement motivé par le transport des particules dans les mousses, j'ai également examiné la sédimentation des particules solides dans les capillaires de verre verticaux et inclinés.


  • Résumé

    Liquid foams are dispersions of bubbles in water and they are widely used in a large number of technical processes and commercial applications. In the present thesis I focus on different problems concerning properties of aqueous foams and especially gravity-driven flows in foams. Foams contain a large quantity of interfaces covered by surfactant molecules and the surfactant exchange between bulk and interface plays a crucial role for foam generation and stability. So my first project was to study the adsorption dynamics of model surfactant systems at air/water interfaces. The obtained results helped us to understand how the slow surfactant adsorption during foam generation can influence the mobility of interfaces and change foam drainage. To study different aspects of foam physics at the bubble scale simplified quasi-2D foams (monolayers of bubbles squeezed between two plates) are widely used. In this thesis a model to describe the geometry of a quasi-2D foam was introduced, this description was used to model the electrical and flow conductivities of such foams. In some applications (for example, in the paper and paint industries) foam formation can cause serious problems and suitable antifoaming agents need to be used. In my thesis the influence of gravity on the antifoaming efficiency of silicone oil droplets has been experimentally studied using parabolic flights. The results show that antifoam particles need gravity to be efficiently transported, and microgravity can render highly efficient antifoam practically useless. Being initially motivated by particle transport in foams, I have also looked at the sedimentation of solid particles in vertical and inclined glass capillaries.


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