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Mouillage et écoulement confiné de fluides complexes

Catherine Barentin Laboratoire de Physique de la Matière Condensée et Nanostructures (LPMCN), Université Lyon I

Les fluides complexes, comme les gels de polymères, les émulsions concentrées ou les mousses, ont la propriété remarquable de se comporter comme des solides en dessous d’une contrainte seuil et comme des fluides au dessus de cette contrainte. Il en résulte une grande richesse de phénomènes lors de la mise en écoulement, avec un comportement élasto-plastique aux faibles déformations et un comportement fluide aux plus grandes déformations caractérisé entre autres par des bandes de cisaillement transitoires [1].
Dans ce séminaire, je m’intéresserai à deux situations d’écoulement illustrées sur la figure :
- des écoulements très confinés de gels de polymères dans des canaux microfluidiques dont la taille est comparable à celle de la structure du gel [2]
- l’ascension capillaire de gels de polymères.
Ces deux études permettront de mettre en évidence l’importance cruciale des conditions limites hydrodynamiques ainsi que de= l’existence de cette contrainte seuil.
En effet, à l’inverse des fluides simples, la hauteur finale d’ascension correspond à un arrêt dynamique, dépende de la condition limite et ne dépend que très peu de l’épaisseur du capillaire.

[1] Divoux et al, Transient shear banding in a simple yield stress fluid. Phys. Rev. Lett. (2010)

[2] Géraud et al, à paraître dans EPJE.

(Gauche) Haut : Ecoulement confiné de microgel de polymères (un échantillon en insert). Mesure par micro-PIV (particle image velocimetry) des profils de vitesse au sein des microgels s’écoulant dans des canaux microfluidiques. Bas :Comparaison entre les profils de vitesse mesurés et ceux attendus par une rhéologie locale négligeant les effets coopératifs.
(Droite) Expérience d’ascension capillaire réalisée entre deux lames de verre formant un coin : la courbe noire correspond à l’ascension d’un fluide simple (eau) qui dépend très fortement de l’espacement entre les deux lames, les courbes bleues et vertes correspondent à l’ascension capillaire de Carbopol de seuils différents (4 et 10 Pa).