Dynamique de frottement d'une mousse liquide : superglissement, glissement et accrochage - Laboratoire de Physique des Solides d'Orsay
Thèse Année : 2023

Friction dynamics of a liquid foam : superslip, slip and anchor

Dynamique de frottement d'une mousse liquide : superglissement, glissement et accrochage

Alexis Commereuc
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1325783
  • IdRef : 273832824

Résumé

Our goal is to gain a better understanding of the behaviour of a liquid foam flowing over a surface covered with a network of controlled submillimetre pillars. Firstly, using visualisations, we characterise the footprint of the layer of bubbles in static contact with the surface. This can be deformed or not according to a universal criterion, comparing the size of the network and the radius of curvature of the Plateau borders. In addition, the average number of sides increases as the bubble is shaped. In this case, the length of the sides is a multiple of twice the lattice parameter. We then consider the dynamics of the system by moving the textured surface at an imposed speed. Measurement of the stress at the interface, coupled with visualisations, enables us to characterise the friction. We demonstrate the existence of a super-slip regime, characterised by a reduction in stress relative to smooth surfaces of around 30 % if the height of the pillars is greater than a minimum of thirty microns. The mechanism is based on the presence of liquid between the textures, which modifies the friction conditions. Furthermore, we show that the stresses in the stick-slip regime are no longer described by a dimensionless number similar to previous studies. Above a threshold consistent with the literature, the anchored regime is reached. We measure a yield stress of the foam that is constant with speed, where foam deposition is always observed. More generally, if we see topological rearrangements, it is possible to have a deposit, although no universal criterion has been demonstrated. Finally, we carried out an experiment in which a foam was brought into contact with a capillary tube smaller than the size of a bubble, forcing confinement effects. A model for the spontaneous emptying of bubbles describes the dynamics of both a single bubble and a foam.
Nous cherchons à mieux comprendre le comportement d'une mousse liquide mise en écoulement sur une surface couverte d'un réseau de plots submillimétriques contrôlés. Dans un premier temps, grâce à des visualisations, nous caractérisons l'empreinte de la couche de bulles en contact statique avec la paroi. Celle-ci peut être déformée ou non selon un critère universel, comparant la taille du réseau et le rayon de courbure des bords de Plateau. De plus, nous comptons une augmentation du nombre moyen de cotés avec le facetage de la bulle. Dans ce cas, la longueur des côtés est un multiple de deux fois le paramètre du réseau. Ensuite, nous considérons la dynamique du système en déplaçant la surface texturée à vitesse imposée. La mesure de la contrainte à l'interface, couplée à des visualisations, permet de caractériser le frottement. Nous mettons en avance l'existence d'un régime de superglissement qui est caractérisé par une réduction des contraintes par rapport aux surfaces lisses d'environ 30 % si la hauteur des plots est supérieur à un minimum de trente microns. Le mécanisme repose sur la présence de liquide entre les texturations modifiant les conditions de frottement. Par ailleurs, nous montrons que les contraintes dans le régime de collé-glissé ne sont plus décrites par un nombre sans dimension analogue aux études précédentes. Au-delà d'un seuil cohérent avec la littérature, le régime d'ancrage est atteint. Nous mesurons une contrainte seuil de la mousse constante avec la vitesse, où un dépôt de mousse est toujours observé. Plus généralement, si nous voyons des réarrangements topologiques, il est possible d'avoir un dépôt, bien qu'aucun critère universel n'ait été mis en évidence. Enfin, nous avons fait une expérience ou une mousse est mise en contacte avec un capillaire plus petit que la taille d'une bulle, forçant les effets de confinement. Un modèle de la vidange spontanée des bulles décrit la dynamique aussi bien d'une bulle seule que d'une mousse.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04344186 , version 1 (14-12-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04344186 , version 1

Citer

Alexis Commereuc. Dynamique de frottement d'une mousse liquide : superglissement, glissement et accrochage. Matière Molle [cond-mat.soft]. Université Paris-Saclay, 2023. Français. ⟨NNT : 2023UPASP152⟩. ⟨tel-04344186⟩
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