Matériaux granulaires fragiles contrôlés par leurs interfaces : interactions à plusieurs corps et élastocapillaires dans les mousses et émulsions stabilisées par des peaux de polymères

Interfacially-controlled soft granular matter : from non-pairwise to elastocapillary interactions in foams and emulsions stabilised by polymeric skins

• Auteur / Autrice : Gaël Ginot
• Direction : Wiebke Drenckhan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 17/12/2021
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Sadron (Strasbourg ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Thierry Charitat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Ganachaud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stefan Hutzler, Catherine Quilliet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Élasticité

Simulation, Méthodes de

Interfaces (sciences physiques)

Propriétés mécaniques

Milieux granulaires

Mots clés libres

Mousses

Émulsions

Élasticité interfaciale

Tomographie rayons X

Surface Evovler

Gel de silicone

Foams

Emulsions

Interfacial elasticity

X-Ray tomography

Surface Evovler

Silicone gel

Résumé

Les mousses et émulsions sont des systèmes omniprésents dont la structure est déterminée par les interactions interfaciales entre les bulles/gouttes. Dans cette thèse, nous visons la production de matériaux basés sur des mousses/émulsions avec de nouvelles structures et propriétés mécaniques, controlés par la modification des interfaces par une peau solide de polymères. En mêlant expériences, modèles théoriques et simulations par éléments finis, cette thèse étudie l’effet de la déformabilité des bulles/gouttes sur leurs interactions, l’apparition d’une élasticité interfaciale et son impact sur la relation pression-déformation des bulles/gouttes. Nous développons un modèle d’élasiticité interfacial simplifiant la mesure du module de cisaillement d’une interface, et donnons les intervalles de paramètres expérimentaux dans lesquels notre approximation est valide. Nous développons également un système expérimental modèle à rigidité et épaisseur de peau contrôlées pour étudier la transition d’une interface purement capillaire à une interface purement élastique. Nous développons enfin un algorithme de segmentation pour la reconstruction et l’analyse des mousses et émulsions, produisant des informations inaccessibles avec les logiciels commerciaux actuels. En parallèle, nous confirmons la précision des résultats du logiciel d’éléments finis Surface Evolver, pour de futures silmulations d’interfaces élastocapillaires

Foams and emulsions are ubiquituous materials whose structure is dictated by interfacial interactions between the bubbles/drops. In this thesis, we aim at the production of foam- and emulsion-based materials with new structures and mechanical properties, controlled by the modification of the interfaces by solid polymeric skin. Using experiments, finite element simulations and theory, we investigate the effect of the deformability of the bubbles/drops on their interactions and the onset of interfacial elasticity and its impact on their pressure-deformation relation. We develop a model for interfacial elastocapillarity simplifying the measure of interfacial shear modulus, and provide the range of parameters where our approximation remains valid. We develop an experimental model system with controlled skin thickness and rigidity to investigate the transition from purely capillary interfaces to purely elastic ones. We also develop a home-made algorithm for the reconstruction and analysis of foams and emulsions, with information unavailable with current commercial softwares. We also benchmark the finite element software Surface Evolver for future simulations of elastocapillary interfaces.