Rhéologie des mousses de fluides complexes

par François Gorlier

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Olivier Pitois.

Le président du jury était Éric Clément.

Le jury était composé de Olivier Pitois, Florence Elias, Yacine Khidas.

Les rapporteurs étaient Guillaume Ovarlez, Anniina Salonen.


  • Résumé

    L’objet de cette thèse expérimentale est l’étude de la rhéologie des mousses de fluides complexes. L’utilisation de matériaux modèles permet de découpler les effets des bulles et du fluide complexe sur le comportement rhéologique des mousses. Nous caractérisons notamment le module élastique et la contrainte seuil des mousses de suspension de particules et des mousses d’émulsion. La rhéologie des mousses de particules est fortement dépendante du rapport entre la taille des particules et la taille du réseau interstitiel de la mousse (nœud et bords de Plateau). Lorsque les particules sont suffisamment petites pour être inclues dans le réseau de la mousse, elles peuvent former un squelette granulaire compact. Cette structure mise en place par le drainage de la suspension augmente sensiblement la valeur du module élastique des mousses de particules. En effet, le confinement exercé par les bulles sur le squelette granulaire est à l’origine de l’élasticité de la matrice granulaire. Lorsque taille des particules augmente, ces dernières sont exclues du réseau de la mousse et le module élastique des mousses de particules diminue avec la disparition de la matrice. Les mousses de particules avec un squelette granulaire possèdent l’avantage d’avoir deux sources d’élasticité distinctes : l’élasticité capillaire des bulles et élasticité du squelette granulaire. On peut sommer ces deux contributions pour modéliser le module élastique macroscopique de la mousse, ce n’est pas le cas des mousses d’émulsion. En effet, il existe un couplage entre bulles et la matrice d’émulsion. L’introduction des nombres capillaire élastique et capillaire de Bingham permet de décrire l’évolution respective du module élastique et de la contrainte seuil des mousses d’émulsion. Enfin, l’analyse de la contrainte seuil de ces deux types de mousses permet d’identifier la matrice de particules comme étant un fluide à seuil, et forme un parallèle intéressant entre ces deux mousses à priori dissemblables

  • Titre traduit

    Rheology of complex fluid foams


  • Résumé

    The subject of this experimental thesis is the study of the rheology of complex fluid foams. The use of model materials allows decoupling the effects of the bubbles and the complex fluid on the rheological behavior of the foams. In particular, we characterize the elastic modulus and the yield stress of particle-loaded foams and emulsion foams. The rheology of particle-loaded foams is highly dependent on the size ratio between the particle and the interstitial foam network (node and the so called “Plateau borders”). When the particles are small enough to be included in the foam network, they can form a compact granular skeleton. This structure put in place by the drainage of the suspension substantially increases the value of the elastic modulus of the particle-loaded foams. Indeed, the confinement exerted by the bubbles on the granular skeleton is at the origin of the elasticity of the matrix (skeleton). As the size of the particles increases, they are excluded from the foam network and the elastic modulus of the foam particles decreases with the disappearance of the matrix. Particle foams with a granular skeleton have the advantage of having two distinct sources of elasticity: the capillary elasticity of the bubbles and the elasticity of the granular skeleton. These two contributions can be summed up to model the macroscopic elastic modulus of the foam, this is not the case for emulsion foams. Indeed, there is a coupling between bubbles and the emulsion matrix. The introduction of elastic capillary number and the Bingham number allows to describe the respective evolution of the elastic modulus and the yield stress of the emulsion foams. Finally, the analysis of the yield stress of these two types of foams enables to identify the matrix of particles as a yield stress fluid, and forms an interesting parallel between these two foams that are a priori dissimilar


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