Gouttes, films et jets : quand les écoulements modèlent les interfaces

Drops, films and jets : when flows shape interfaces

• Auteur / Autrice : Etienne Reyssat
• Direction : David Quéré
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des liquides
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gouttes

Capillarité

Stabilité

Interfaces (sciences physiques)

Dynamique des fluides

Résumé

Soumises à des écoulements, les interfaces des liquides peuvent subir des déformations importantes. Nous étudions dans la première partie les formes adoptées par des gouttes d'eau en chute dans l'air. En particulier, nous décrivons un mécanisme de désintégration des plus gros globules et proposons une loi d'évolution de cette forme. Nous nous penchons ensuite sur la dynamique de films fluides dans des environnements visqueux. Le temps de vie des antibulles est déterminé par le drainage du film d'air sous l'influence de la gravité. L'éclatement des films d'eau savonneuse ou d'air immergés dans un environnement très visqueux est fortement affecté. Nous proposons un modèle décrivant la dynamique de l'ouverture des trous dans ces films. Lors de l'éclatement, le fluide constituant le film est collecté dans un bourrelet qui, du fait de sa géométrie cylindrique et des écoulements qu'il subit, se déstabilise. Enfin, nous abordons le problème de l'entraînement d'air lors de l'impact d'un jet liquide sur un bain du même liquide. Nous montrons que le seuil d'entraînement est décalé par l'évasement et le ralentissement du jet juste avant son impact. Un premier complément tente une approche expérimentale simplifiée de la propulsion par un moteur pop-pop. Le second est un travail visant à comprendre le comportement de l'angle de contact dynamique au voisinage de la transition d'entraînement.

Liquid interfaces may undergo important deformations when subjected to flows. In the first part, we study the shapes of water drops falling into air. In particular, we describe the disintegration mechanism of the largest globules and propose a law for the evolution of this shape. We then focus on the dynamics of fluid films in viscous environments. The lifetime of the antibubbles is determined by the drainage of film of air under the influence of gravity. The bursting of films of soapy water or air immersed in a very viscous environment is strongly affected. We propose a model describing the hole opening in such films. During the bursting process, the fluid in the film is collected in a rim which, owing to its cylindrical geometry and to the flows which it undergoes, is destabilized. Lastly, we tackle the problem of air entrainment by the impact of a liquid jet on a bath of the same liquid. We show that the entrainment threshold is shifted by the widening out and the deceleration of the jet right before its impact. The first appendix is a simple experimental approach of the propulsion mechanism of the pop-pop boat. The second aims at understanding the behavior of the dynamic receding contact angle in the vicinity of the entrainment transition.