Déformations et instabilités d’interfaces liquides pilotées par la diffusion d’une onde laser en milieux turbides

• Auteur / Autrice : Julien Petit
• Direction : Jean-Pierre Delville
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Lasers, matière et nanosciences
• Date : Soutenance le 14/12/2011
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Ondes et Matière d'Aquitaine
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hamza Chraïbi, Hamid Kellay, Emmanuel Villermaux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Émile, David Quéré

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lasers

Interfaces (sciences physiques)

Mots clés libres

Interface liquide

Laser

Force diffusive

Pression de radiation

Déformations

Instabilités

Écoulements visqueux

Liquid interface

Laser

Scattering force

Radiation pressure

Deformations

Instabilities

Viscous flows

Résumé

Ce travail de thèse est consacré à l’étude des déformations d’interfaces liquides par l’action d’une onde laser continue. Nous démontrons que la diffusion élastique d'une onde laser dans un milieu turbide induit une force diffusive en volume qui donne naissance à des écoulements permanents au sein du fluide. Les contraintes visqueuses associées à ces écoulements, à l’approche d’une interface liquide molle, peuvent engendrer la déformation de celle-ci jusqu’à la déstabiliser et former un jet. Dans ce manuscrit, nous présentons une étude expérimentale de ce nouveau couplage lumière-fluide complétée par des simulations numériques. Nous présentons également une étude des déformations et instabilité d'interfaces par la pression de radiation optique, due au contraste d’indice de réfraction entre les deux phases liquides en coexistence, dans des milieux transparents. Nous avons enfin analysé la combinaison de ces deux couplages dans les milieux turbides, force diffusive et pression de radiation participant différemment à la déformation d’interfaces liquides. Pour ce faire, nous avons eu recours à différents systèmes fluides turbides et transparents, ayant pour particularité principale de présenter une tension interfaciale extrêmement faible.

This thesis work is dedicated to liquid interface deformations from a continuous laser wave. We demonstrate that elastic scattering of the incident wave in turbid medium induces a scattering force density giving birth to permanent bulk flows in the fluid. Near a soft interface, viscous stresses associated to these flows can deform the interface up to instability and produce a liquid jet. In this manuscript, we report an experimental study dedicated to this new light-fluid coupling in combination with numerical simulations. We also study interface deformations and instability induced by radiation pressure, due to refractive index contrast between the two liquid phases in coexistence, in transparent fluids. We finally analyzed the combination of both couplings in turbid media, scattering force and radiation pressure which differently operate for the interface deformation. To do this, we used different turbid and transparent fluids systems, which have the main particularity to present very low interfacial tension.