Deformations and instabilities of soap films

par Evgenia Shabalina

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Isabelle Cantat et de Arnaud Saint-Jalmes.

Soutenue le 09-10-2019

à Rennes 1 , dans le cadre de Matière, Molécules et Matériaux , en partenariat avec Universite Bretagne Loire (ComuE) et de Institut de physique (Rennes) (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Déformation de films de savon et instabilités


  • Résumé

    Les mousses liquides soumises à du cisaillement présentent une très grande viscosité, mais l'origine locale de la dissipation se produisant pendant cette déformation est encore mal comprise. Dans le but d'apporter quelques éléments de réponses à cette importante question ouverte, notre travail décrit le comportement observé sur quelques films connectés lorsqu'une déformation leur est appliquée. Nous avons créé un montage permettant de fabriquer un pattern élémentaire de mousse, et de modifier la taille de chaque film en contrôlant la géométrie du cadre qui le supporte. Ce montage original, auquel s'ajoute une combinaison d'appareils optiques, nous permet de révéler les processus se produisant dans le film, notamment la compétition entre son allongement ou compression, et l'extraction d'un nouveau film depuis les ménisques raccordant les films. Nous montrons de plus que cette compétition dynamique dans un film donné est affectée par la déformation de ses premiers et seconds films voisins. La géométrie particulière du montage nous a également permis de découvrir et de décrire pour la première fois une instabilité gravitationnelle se produisant lorsqu'un film épais se situe au-dessus d'un film plus mince. Nous avons mesuré la longueur d'onde de l'instabilité et l'avons comparée à des prédictions théoriques en régime linéaire. Ces différents écoulements affectent la distribution d'épaisseur dans le film, et peuvent ainsi jouer un rôle important sur la viscosité ou sur la stabilité des mousses 3D. Finalement, le montage utilisé pourra s'avérer utile à l'avenir comme rhéomètre de films liquides.


  • Résumé

    Liquid foams under shearing exhibit a large effective viscosity, and the understanding of the local origin of the dissipation occurring during deformation is unknown. In the aim to contribute to this important open problem, we tried to describe the behavior of a few connected films under deformation. We created a setup allowing to make an elementary foam sample and to modify each film size by controlling the shape of the deformable frame supporting the films. This original setup together with a combination of optical devices allowed us to reveal processes happening in the film, and especially the competition between film stretch or compression, and extraction of a new film from the menisci connecting the films. Importantly, we show that this dynamical competition in a given film is affected by the deformation of its first and even second neighbors. The unique geometry of the setup gave us the opportunity to discover and describe for the first time a gravitational instability which takes place when a thicker film is on top of a thinner one. We measured the wavelength and compared it to theoretical predictions in the linear regime. These different flows affect the thickness distribution, and may thus play an important role in the viscosity or in the stability of 3D foams. As a perspective, the designed setup could prove to be useful as a liquid film rheometer.


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