Dynamique de ponts liquides et ligaments étirés

Stretched liquid bridges and ligaments

• Auteur / Autrice : Lionel Vincent
• Direction : Stéphane Le Dizès
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et Physique des Fluides
• Date : Soutenance le 13/12/2013
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille ; 2000-....)
• Jury : Président / Présidente : François Charru
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jens Eggers, Neil Ribe, Laurent Duchemin, Emmanuel Villermaux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Régis Wunenburger, Élise Lorenceau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Liquides

Dynamique des fluides

Tension superficielle

Mots clés libres

Étirement

Rupture

Pont liquide

Ligament

Filament

Cheveux de Pélé

Capillarité

Stretching

Breakup

Liquid bridge

Ligament

Filament

Pele's hair

Capillary action

Résumé

Dernière étape avant l'atomisation d'un volume de liquide, les ligaments sont présents dans de nombreuses applications industrielles, de même que dans le monde qui nous entoure ; leur dynamique demeure mal comprise. L'étirement, qui permet de leur donner naissance, affecte leur évolution et la manière dont ils se fragmentent (ou non). Pour quantifier l'effet de ce dernier, nous avons choisi d'étudier des configurations modèles dans lesquelles plusieurs paramètres peuvent être bien contrôlés. Une configuration de type pont liquide permet notamment de contrôler l'étirement via le déplacement de l'un des supports solides (mors). Lorsque l'étirement imposé est modéré, il est possible de prévoir analytiquement la déviation entre la forme dynamique et la forme d'équilibre correspondante, quelle que soit la loi de déplacement du mors. Cette prédiction montre en particulier qu'un pont liquide étiré peut s'épaissir appréciablement en son centre, suggérant un retardement de la rupture. Elle montre également que l'étirement axial est réparti de manière très inhomogène. Lorsque l'étirement est suffisamment vigoureux, les résultats expérimentaux montrent que le détachement capillaire du ligament peut être significativement hâté. Le temps de rupture est relié à la masse emportée par le mors en mouvement et dépend du protocole d'étirement. Les résultats suggèrent également la possibilité d'obtenir des ligaments démesurément longs et fins sans l'intervention d'effets visqueux.

Liquid ligaments represent the last step before atomization of a liquid volume, and are encountered in a variety of industrial applications, as well as the world around us; yet, there is much to learn about their dynamics and breakup. Stretching is an essential ingredient of ligaments formation, and affect their subsequent dynamics as well as the way they break (or not). In order to quantify its action, we choose model configurations where parameters can be controlled. Liquid bridges, in particular, provide a way to impose stretching by moving one of the solid rod supporting the bridge. When stretching is not too strong, it is possible to predict analytically the shift between the dynamical shape of the bridge and the corresponding static shape, for any given rod displacement. Particularly, this prediction show that the central section of a stretched liquid bridge tend to be thicker, which could delay breakup. It also show that the axial elongation rate is far from being uniform. When stretching is vigorous, experimental results show that the ligament initial breakup can be considerably sped up. Breakup time shows to be linked to the mass taken away by the moving rod and depend on stretching protocol. Finally, results suggest that it is possible to generate infinitely long ligaments without the mediation of viscous effects.