Rôle de la chimie des surfactants dans la dynamique de gouttes confinées dans une cavité microfluidique

Role of surfactant chemistry in the dynamics of confined droplets in a microfluidic cell

• Auteur / Autrice : Jacques-Teïva Baué
• Direction : Marie-Caroline Jullien, Isabelle Cantat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 04/07/2022
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de physique (Rennes) - Institut de physique (Rennes)
• Jury : Président / Présidente : Tanguy Le Borgne
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Axel Huerre, Olivier Théodoly
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : José Bico, Benjamin Dollet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interférométrie

Microfluidique

Gouttes

Surfactants

Mots clés libres

Gouttes

Surfactants

Interférométrie

Physico-Chimie

Microfluidique

Hele-Shaw

Droplets

Surfactants

Interferometry

Physico-Chemistry

Microfluidic

Hele-Shaw

Résumé

La dynamique de gouttes en milieu confiné, dans une cellule de Hele-Shaw est une problématique ancienne. Il a été montré que cette dynamique dépend des conditions à l’interface entre la goutte et la phase externe qui la pousse. Nous venons, au travers d’une double expérimentation, à la fois mesurer les deux vitesses du problème : à savoir la vitesse de la goutte et la vitesse de la phase porteuse, et à la fois, à l’aide d’un dispositif interférométrique, mesurer l’épaisseur des films de lubrifications. Cette première mesure nous a permis de mettre en évidence une inversion de la dépendance de la vitesse de la goutte avec son rayon, ainsi que le paramètre pertinent pilotant cette inversion. La seconde mesure, celle d’épaisseur des films, montre également la signature d’un effet interfaciale observé dans le film de lubrification en fonction de ce paramètre. Enfin, un modèle prenant en compte la géométrie 3D d’une cellule de Hele-Shaw et considérant les écoulements latéraux présents sur les côtés de la gouttes est présenté. Ce modèle présente un accord saisissant avec nos données expérimentales, ce qui nous conforte dans l’idée que ces écoulements sont responsables des deux effets observés expérimentalement : inversion de la dépendance en rayon et épaississement localisé.

The dynamics of drops in a confined environment in a Hele-Shaw cell is an old problem. It has been shown that these dynamics depend on the conditions at the interface between the drop and the external phase that pushes it. We have come, through a double experimentation, to measure both velocities of the problem: namely the velocity of the drop and the velocity of the carrier phase, and at the same time, using an interferometric device, to measure the thickness of the lubrication films. This first measurement allowed us to highlight an inversion of the dependence of the velocity of the drop on its radius, as well as the relevant parameter driving this inversion. The second measurement, that of film thickness, also shows the signature of an interfacial effect observed in the lubrication film as a function of this parameter. Finally, a model taking into account the 3D geometry of a Hele-Shaw cell and considering the lateral flows present on the sides of the drop is presented. This model shows a striking agreement with our experimental data, which confirms that these flows are responsible for the two effects observed experimentally : inversion of the radius dependence and localized thickening.