Contributions théorique et expérimentale à l'étude du drainage d'une mousse aqueuse
Résumé
In this thesis manuscript, we report theoretical and experimental results on drainage of aqueous foams. Two experimental setups were built to study foam drainage, the first one based on conductivity measurements and the second one based on multiple light scattering. These two devices enabled us to highlight the effect of the physical chemistry on the drainage of foam, and thus to reconcile in a qualitative way the two existing models of foam drainage. This effect of physical chemistry corresponds to the important role played by the surface viscoelasticity parameters of the channels on the drainage. Moreover, the experimental results show that the bubble size also has an influence on the drainage regime. This result can be understood in terms of competition between the dissipation at the surface and the dissipation in the bulk. Measurements of the dynamical surface tension were also made with the pendant drop technique. We proved this way that the surface of the channels remains locally in thermodynamic equilibrium with the bulk. On the theoretical level, a new model for the drainage explicitly including the surface viscoelastic parameters and the bubble size is proposed. The dependence of the drainage with these parameters is qualitatively in agreement with the experimental results. Finally, the effect of the disorder has been studied by calculating the effective conductivity of periodic foams. The conclusion of this study is that the laws governing the local structure of a foam (Plateau's laws) naturally imply a uniform distribution and orientation of the channels in the foam.
Ce manuscrit de thèse présente un ensemble de travaux à la fois théoriques et expérimentaux portant sur le drainage d'une mousse aqueuse. Deux dispositifs expérimentaux permettant l'étude du drainage d'une mousse ont été réalisés ; le premier basé sur la mesure de la répartition du liquide par mesure de la conductivité, et le second basé sur la mesure de la répartition du liquide par diffusion multiple de la lumière. Ces deux dispositifs nous ont permis de mettre en évidence l'effet de la physicochimie sur le drainage de la mousse, et ainsi de réconcilier de façon qualitative les deux modèles théoriques du drainage existants. Cet effet de la physicochimie est expliqué par l'influence de la viscoélasticité de surface sur le drainage. De plus, ces expériences ont montré que la taille des bulles avait également une influence sur le régime de drainage. Ce résultat peut être compris en termes de compétition entre la dissipation de surface et la dissipation de volume. Des mesures de la tension dynamique de surface ont également été effectuées avec la technique de la goutte pendante. Nous prouvons ainsi que la surface reste localement en équilibre thermodynamique avec le volume. Sur le plan théorique, un nouveau modèle du drainage tenant compte explicitement des paramètres viscoélastiques de surface et de la taille des bulles est proposé. La dépendance du drainage avec ces paramètres est qualitativement en accord avec les résultats expérimentaux obtenus. Enfin, une étude de l'influence du désordre a été entreprise en calculant la conductivité effective de mousses périodiques vérifiant les lois de Plateau. La conclusion de cette étude est que les lois régissant la structure locale de la mousse imposent d'elles-mêmes une distribution uniforme de l'orientation des bords de Plateau dans celle-ci.
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