Thinning and stability of surface bubbles
Amincissement et stabilité de bulles de surface
Résumé
The thesis work was done in collaboration with PepsiCo. The initial problem is based on the observation of the quantity of foam created when a supersaturated liquid, such as a carbonated beverage, is poured into a glass. Indeed, the addition of a very small amount of sweetener, representative of the concentrations found in sugar-free sodas, induces a significantly greater amount of foam than for traditional white sugar at a concentration 200 times greater. The sweetener used here is an extract of the plant stevia rebaudiana used for hundreds if not thousands of years in South America. Model experiments are proposed to study in detail two aspects of the problem: the rate of production of bubbles in the supersaturated medium and their rate of extinction at the surface. A first experiment aimed at characterizing the rate of production of bubble within a supersaturated medium. The basic notions are presented as well as an experimental procedure. On the other hand, studies on the stability of bubbles and films form the core of the manuscript. The main results of this work concern the stability and the drainage of bubbles at the surface of a liquid bath. Measurements of the impact of various ingredients commonly added in sodas on bubbles lifetime are presented. In addition, the effects of bubbles size and environmental humidity are measured on thousands of soapy bubbles, making use an automated setup. A model describing the drainage and the convective evaporation of the thin film is used to describe the measured lifetimes. Finally, a model describing the impact of marginal regeneration on the film thinning is presented and confronted with experimental data. The results show that this phenomenon controls the thinning of the film as a whole.
Ce travail de thèse a été réalisé en partenariat avec PepsiCo. La problématique initiale repose sur l’observation de la quantité de mousse créée lorsque l’on verse un liquide sursaturé, comme une boisson gazeuse, dans un verre. En effet, l’ajout d’une très petite quantité d’édulcorant, représentative des concentrations trouvées dans les sodas sans sucre, induit une quantité de mousse significativement plus importante que pour du sucre blanc traditionnel à une concentration 200 fois plus importante. L’édulcorant utilisé ici est un extrait de la plante stevia rebaudiana, utilisée depuis des centaines voire des milliers d’années en Amérique du sud. Des expériences modèles sont proposées pour étudier en détail deux aspects du problème posé : le taux de production de bulles dans le milieu sursaturé et leur taux d’extinction à la surface. Une première expérience visant à caractériser le grossissement d’une bulle dans un milieu sursaturé a été mise en place. Les notions de base sont présentées ainsi qu’un dispositif expérimental. D’autre part, des études sur la stabilité de bulles et de films forment le cœur du manuscrit. Les résultats essentiels de ce travail concernent la stabilité et le drainage de bulles à la surface d’un bain liquide. Des mesures de l’impact de différents ingrédients communément ajoutés dans des sodas sur les temps de vie de bulles sont présentées. Par ailleurs, les effets de la taille et de l’humidité ambiante sont mesurés sur des milliers de bulles d’eau savonneuse grâce à une expérience automatisée. Un modèle décrivant le drainage et l’évaporation convective permet de décrire le temps de vie mesuré. En outre, un modèle décrivant l’impact de la régénération marginale sur l’amincissement des films est présenté et confronté à l’expérience. Les résultats montrent que ce phénomène contrôle l’amincissement du film dans son ensemble.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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