Drainage des mousses aqueuses : rôle de la rhéologie du fluide moussant

Drainage of aqueous foams : effect of the rheology of foaming fluids

• Auteur / Autrice : Mahassine Safouane
• Direction : Dominique Langevin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés libres

Fluides viscoélastiques

Viscosité élongationnelle

Fluide rhéofluidifiant

Tensioactifs

Résumé

Le drainage est l'effet, dû à la gravité terrestre, qui tend à assécher une mousse: le liquide s'écoule dans la mousse vers le bas, et finit par s'accumuler sous la mousse; sur terre, la quantité d'eau dans une mousse décroît avec le temps. Le drainage est couplé à d'autres processus (coalescence, mûrissement), le phénomène global reste encore mal compris. Sur terre, le drainage peut être ralenti en rendant plus visqueuse la phase liquide, par ajout de polymères par exemple. Mais dans ce cas, les solutions sont rarement newtoniennes. Une deuxième viscosité, dite élongationnelle, peut intervenir, ou bien encore la solution peut avoir un caractère rhéofluidifiant. Nous avons étudié le drainage forcé de mousses faites en ajoutant différents types de substances dans l'eau: glycérine, polyoxyéthylène (POE, polymère donnant lieu à des viscosités élongationnelles, utilisé comme réducteur de turbulence, ou encore comme additif anti-rebond pour les gouttes pulvérisées sur des surfaces) et xanthane (polymère donnant lieu à des solutions rhéofluidifiantes, utilisé dans beaucoup de préparations alimentaires, comme les sauces salade). Les mélanges eau-glycérine sont newtoniens et la vitesse de drainage est proportionnelle à 1/n dans une large gamme de viscosités. Dans le cas des solutions de PEO, le drainage est plus rapide que celui d'un mélange eau-glycérine de même n. En revanche, le drainage est plus long dans le cas d'une solution de xanthane. Ce travail est une approche physico-chimique du drainage des mousses, et constitue une première étape de connexion avec la rhéologie de fluides complexes. Récemment une expérience a été réalisée en vols paraboliques. L'objectif était de tester différents appareils, permettant la production de mousses aqueuses, et différents types de solutions ont été essayés.

Liquid-gas foams are a cellular system, where the bubbles forms cells surrounded by liquid. The liquid drains out of it by gravity and capillarity; this is the phenomenon of drainage. The subject of this work consisted in a study of the different physico-chemicals aspects of the aqueous foam. It is a matter to study the effect of the rheology of the foaming fluids (polymers, surfactants) on drainage and the stability of the foams, to determine the parameters governing the processes; all that according to the physical parameters (humidity of the foams, size of the bubbles, polydispersity, etc. . ) or physico-chemicals (surfactants, additives, liquid, gasses, etc. . ). This work allowed the development of a new approach in the problematic ones of the foam. The study was done by two experimental techniques: the measure of the conductivity and multiple light scattering. The measures of the viscoelastics surface parameters (elasticity, viscosity, dynamic tension) were equally carried by method of the pendant drop. The behaviour of mixtures of water and glycerol follows the theoretical predication, but for the solutions of polymers, we observe different phenomena. We have tested four polymers solutions: Polyethylene Oxide (PEO) how has important elongational viscosity. Drainage with this solution is faster than water-glycerol mixtures of the same bulk viscosity. To understand this behaviour we study drainage with Bogger fluids that present a constant shear thinning and variable elongational viscosity. Drainage of foam made with viscous solution is slowed down. This theoretical prediction is not flowed by the PEO, for this reason we studied the drainage by using the Carbopol, which is an industrial polymer known for this effect at small quantity. The Xanthan solutions how exhibit an important shear thinning effect, slowed down the drainage. These results clarify the effect observed with PEO, how is related to the elongational viscosity. All these results are an attempt to understand the effect of the rheology of volume on forced drainage. The effects are to vary, according to the nature of the foaming fluids.