Thermodynamique et structure de la mousse

Thermodynamics and structure of foam

• Auteur / Autrice : NICOLAS PITTET
• Direction : Nicolas Rivier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)

Résumé

Les mousses liquides ordonnees et solides desordonnes sont des systemes modeles pour aborder des problemes d'empilement d'objets identiques dans des espaces confines, l'influence de la topologie sur l'ecoulement d'un liquide dans une mousse, leur formation ou la porosite d'un materiau expanse. Les mousses cristallines (empilements de bulles de savon monodisperses dans un cylindre) constituent une classe de structures cristallographiques spiralees. Les transitions entre differentes structures sont realisees experimentalement en variant la taille des bulles et numeriquement par dynamique moleculaire. Les transitions sont marquees par la creation et diffusion d'un seul defaut constituant l'interface entre nouvelle et ancienne structure. Nous avons montre le role des elements structuraux (faces, aretes, sommets) sur l'ecoulement du liquide dans les mousses et determine le diagramme de phase en mesurant les debits critiques qui induisent les transitions. Ces debits critiques dependent de la taille de bulle comparee au diametre du tube. La structure finale d'une mousse solide desordonnee est une division de l'espace en cellules, resultant de la nucleation de bulles et de leur croissance. Ce decoupage permet de calculer les temps auxquels les bulles sont entrees en contact. L'originalite de la methode reside dans le tri temporel des contacts qui permet de calculer une grandeur macroscopique: le nombre moyen de contacts physiques par bulle au cours du temps. Cette quantite varie en loi de puissance avec le temps et un temps de percolation des contacts est determine. L'exposant et le temps de percolation sont tres sensibles au mode d'empilement, donc a la physique de la croissance et a la viscosite du liquide. Une famille de mousses solides (mousses de verre expanse kerroc) permet d'expliquer la thermodynamique de la formation de la mousse. Leur porosite, ouverte ou fermee, depend des variables thermodynamiques, temps et temperature de fabrication