Frottement de mousses liquides sur des surfaces rugueuses

Friction of liquid foams on rough surfaces

• Auteur / Autrice : Manon Marchand
• Direction : Emmanuelle Rio, François Boulogne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 21/10/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des solides (Orsay, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Jury : Président / Présidente : Catherine Barentin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hamid Kellay, Christophe Raufaste, Marc Rabaud
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Hamid Kellay, Christophe Raufaste

Mots clés

Mots clés contrôlés

Colloïdes

Rhéologie

Mousses (matériaux)

Fluides complexes

Lois de parois

Rugosité

Mots clés libres

Mousse

Enduction

Surfaces

Rugosité

Glissement

Frottement

Foam

Coating

Surfaces

Roughness

Slip

Friction

Résumé

Pour caractériser le frottement de mousses liquides sèches sur des surfaces de rugosités contrôlées, nous introduisons des surfaces rugueuses dans des mousses liquides monodisperses de fraction liquide contrôlée. Dans cette expérience, nous mesurons la force exercée par la mousse sur les surfaces et nous imageons le mouvement des bords de Plateau. Cela nous permet d'identifier trois régimes de frottement des mousses : le glissement, le collé-glissé et le régime d'ancrage des bulles. Nous proposons un unique paramètre pour décrire le passage du régime de collé-glissé au régime d'ancrage. Lors de l'introduction des lames, nous proposons un modèle pour chaque régime de frottement identifié. Lorsque les contraintes relaxent à la suite de l'introduction, nous montrons que le temps de relaxation de la contrainte est une propriété de la mousse et n'est pas affecté par le régime de frottement des mousses. Nous montrons que la contrainte à la fin du régime de relaxation donne accès à une bonne estimation de la contrainte seuil des mousses. Après la relaxation de la contrainte, nous extrayons les surfaces hors des bains de mousse. Nous relions alors l’écoulement de la mousse aux forces mesurées et à l'apparition de dépôts de mousse. Dans une seconde partie, nous observons la montée capillaire de mousses dans différentes géométries. En particulier, nous nous concentrons sur une expérience modèle dans laquelle une unique bulle entre dans un tube en verre. Cela permet de discuter les influences de différents modèles de frottements d'interfaces liquides sur des surfaces lisses sur la montée capillaire de mousses.

To characterize foam friction on rough solid surfaces, we introduce plates of controlled roughness in dry monodisperse liquid foams of diverse liquid fractions. During this experiment, we record the force exerted on the rough surface, and the motion of the Plateau borders of the foam. This allowed us to identify three different friction regimes for foams : slip, stick-slip, and anchored regime. We quantify the forces during the entry of the surfaces in each regime, and we propose a new model for the until now unexplored stick-slip regime. We identify a single parameter that dictates whether the friction regime is stick-slip or anchored. After the introduction of the surfaces, the stresses relax to a constant value. We show that the characteristic time of evolution for the relaxation of force is not linked to the friction regimes we identified but is rather a foam property. We show that the constant stress at the end of relaxation for the anchored regime is a good estimate of the yield stress of the foam. At the end of relaxation, the surfaces are extracted out of the foam. We link the forces and the flowing motion in the foam tank during this experiment to the apparition of a foam deposit on the surfaces. In a second part, we observed the capillary rise of foams in different geometries. In particular, we focused on the entry of a single bubble in a tube, allowing us to highlight the pertinence of different modelisations of the motion of liquid interfaces on smooth surfaces.