Solutions de polymères sous écoulement : liens entre propriétés microscopiques et manifestations macroscopiques

Polymer solution flows : links between microscopic properties and macroscopic behaviors

• Auteur / Autrice : François Ingremeau
• Direction : Hamid Kellay
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Lasers, matière et nanosciences
• Date : Soutenance le 21/10/2013
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Ondes et Matière d'Aquitaine - Laboratoire Ondes et Matière d'Aquitaine / LOMA
• Jury : Président / Présidente : Annie Colin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel Bonn, Jean-Pierre Delville
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jens Eggers, Christian Wagner

Mots clés

Mots clés contrôlés

Turbulence

Matière molle (physique)

Gouttes

Solutions de polymère

Fluides complexes

Mots clés libres

Fluides complexes

Solutions de polymères

Détachement de gouttes

Viscosité élongationnelle

Adn

Déplétion

Turbulence visco-élastique

Matière molle

Complex fluid

Polymer solution

Droplet pinch off

Extensional viscosity

Dna

Depletion pf polymer

Elastic turbulence

Soft matter

Résumé

Ce manuscrit présente les résultats d'expériences illustrant différentes manifestations de la présence de polymères dans un écoulement. Pour chacune d'elles, nous étudions l'interaction entre la structure microscopique et l'écoulement.Lorsqu'une goutte se détache d'un capillaire, la colonne de liquide liant la goutte au capillaire doit se rompre. Pour les liquides simples, l'amincissement suit des lois universelles bien établies. La dynamique de détachement d'une goutte de fluide complexe est très différente. Pour les solutions de polymères, après une phase de décroissance rapide du diamètre de cette colonne, il se forme un long filament cylindrique entre la goutte et le capillaire. Afin de mieux comprendre comment les polymères présents en solution donnent naissance à ce filament, nous avons observé leurs conformations au cours du détachement. Ces observations confirment que l'étirement des polymères est à l'origine du ralentissement du processus de détachement. Cependant, lors de l'amincissement du filament, la distribution des longueurs reste inchangée. Ce résultat inattendu, nous a amené à mettre en place une nouvelle méthode pour estimer la viscosité élongationnelle.D'autres expériences sont présentées, l'une porte sur un effet de déplétion qui apparait lors de l'écoulement confiné d'une solution de polymères, alors que l'autre porte sur l'écoulement instable d'une solution concentrée de polymères dans une conduite rectiligne.

This work considers the interaction between a flow field and the microscopic degrees of a freedom of a polymer solution. Different flow configurations were considered.Droplet pinch off, which occurs when a drop of liquid detaches from a capillary, can be strongly modified in the presence of polymers giving rise to long and slender filaments that thin slowly in time. We here study experimentaly the dynamics of necking and the conformations of polymers during the thinning of the neck. Our results show that the slow down of the thinning dynamics is the result of polymer stretching. Moreover, during the filament thinning, the polymer length distribution remains the same. This result is unexpected and led us to introduce a new method to estimate the extensionnal viscosity which represents the polymer solution resistance to stretching.In a second flow configuration, we have observed that depletion of polymer molecules near a surface occurs when a bead approaches a plate in a polymer solution.