Impact de goutte de fluides à seuil

Drop impact of yield stress fluids

• Auteur / Autrice : Alireza Saidi
• Direction : Albert Magnin, Céline Martin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides, énergétique, procédés
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Grenoble INPG
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie des procédés pour la bioraffinerie, les matériaux bio-sourcés et l’impression fonctionnelle (Grenoble ; 1995-....) - Laboratoire rhéologie et procédés (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Didier Chaussy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lazhar Benyahia, Brice Lopez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Dominique Dupuis, Salaheddine Skali-Lami

Mots clés

Mots clés contrôlés

Viscosité

Impact

Élastoviscoplasticité

Gels de carbone

Matériaux -- Essais dynamiques

Matériaux -- Propriétés mécaniques

Mots clés libres

Fluide à seuil

Impact

Goutte

Interface

Viscosité

Élastoviscoplasticité

Yield stress fluids

Impact

Drop

Interface

Viscosity

Elastoplasticity

Résumé

L'objectif de ce travail est de déterminer l’influence du seuil d’écoulement sur les mécanismes d’impact d’une goutte fluide sur un support solide non poreux sec. Des gels de Carbopol élastoviscoplastiques, bien caractérisés des points de vue rhéologique et structurel, ont été élaborés. Le comportement dynamique de la goutte avant et durant l’impact a été visualisé avec une caméra rapide sur une large gamme de vitesse d’impact. Les dynamiques des phases d’étalement et de recouvrement de la goutte impactant sont étudiées en relation avec l’inertie de la goutte et les propriétés viscoplastiques et physiques des gels. L’influence de la forme de la goutte avant impact est également discutée. Le rôle des propriétés d’interface dans le processus d’impact, en particulier celui du caractère hydrophobe, de l’énergie de surface et de la rugosité des substrats a été identifié. Ces résultats sont corrélés avec le comportement à l’interface des gels, tel que le glissement à la paroi mesuré par des tests rhéométriques contrôlés. Grâce à l’élaboration de gels avec des matrices fluides bien choisies, l’intensité des seuils, des modules élastiques et des propriétés visqueuses a pu être ajustée, permettant par ailleurs d’identifier spécifiquement les effets de la consistance au cours du processus. Enfin, l’ensemble des données expérimentales a été corrélé avec des lois d’échelle extraites de la modélisation de l’impact d’une goutte de fluide élastoviscoplastique. Les limites de la modélisation sont discutées. Un schéma général du rôle des paramètres sur l’impact des fluides à seuil est proposé

The objective of this work is to determine the influence of the yield stress in the fluid droplet impact mechanisms on a nonporous dry solid substrate. Elastoviscoplastic Carbopol gels, well characterized from rheological and structural points of view, were developed. The dynamic behaviour of the drop before and during the impact has been visualised with a high speed camera on a wide range of impact velocity. The dynamics of the spreading and retraction stages of the impacting drop are investigated regarding the inertia of the drop and viscoplastic and physical properties of gels. The influence of the shape of drops before impact is also discussed. The role of interface properties during the impact process, particularly that of the hydrophobicity ; the surface energy and roughness of the substrates was identified. These results are correlated with the behaviour at the interface of gels, such as wall slip measured by controlled rheometric tests. Through the development of gels with well-chosen fluid matrix, the intensity of yield stress, elastic modulus and viscous properties have been adjusted. This also allows to identify the specific effects of consistency during the process. Finally, all experimental data was correlated with scaling laws derived from the modelling of the drop impact of elastoviscoplastic fluids. The limits of modelling are discussed. A general scheme considering the role of parameters involving in the drop impact of yield stress fluids is proposed