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Étalement, détachement et fracture de suspensions

Matthieu Roché Complex Fluids Group, Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Princeton University

Au cours de ce séminaire, je présenterai trois axes de recherche. Je discuterai tout d’abord d’expériences de détachement de gouttes de suspensions de maïzena depuis une aiguille. Dans ces conditions, les suspensions peuvent présenter un comportement analogue à celui d’un fluide viscoélastique. Ce comportement viscoélastique est liée à une augmentation importante des contraintes normales, qui se produit à la même échelle de temps en cisaillement et en extension. De plus, une instabilité de flambage est observée après la rupture du pont liquide reliant la goutte à l’aiguille (Fig. a). Je montrerai par des observations à l’échelle des grains durant le détachement que ce comportement est la conséquence d’une transition dans un état « jammé » de certaines portions du pont liquide.
Je montrerai ensuite que ces mêmes suspensions de maïzena peuvent fracturer comme des solides fragiles lorsqu’elles sont soumises à un impact. La fracture est accompagnée de cracks radiaux qui se propagent à partir de la région où l’impact s’est produit (Fig. b). Ces cracks se propagent à une vitesse de l’ordre de quelques mètres par seconde avant de ralentir et s’arrêter. Après un certain temps, la suspension relaxe les cracks en les remplissant ; le système retourne alors vers son état original.
Je présenterai enfin une étude sur l’étalement d’une émulsion d’huile dans l’eau stabilisé par un surfactant sur une couche liquide épaisse (Fig. c). Dans ce système, le transport des gouttelettes d’huile est efficace sur une distance finie à la surface de la couche liquide. Un étonnant contre-écoulement rapide est observé une fois la goutte d’émulsion disparue. Je montrerai que la solubilité du surfactant dans la couche liquide est un paramètre clé permettant de comprendre la dynamique de ce système, analogue par bien des aspects à un ressaut hydraulique.