Mécanismes de déstabilisation des mousses d'huiles

Destabilisation mechanisms of oil foams

• Auteur / Autrice : Léa Delance
• Direction : François Lequeux, Emilie Verneuil
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 24/10/2023
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sciences et ingénierie de la matière molle (Paris ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (1882-....)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : TotalEnergies
• Jury : Président / Présidente : Etienne Reyssat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Lequeux, Emilie Verneuil, Élise Lorenceau, Arnaud Saint-Jalmes, Marie Le Merrer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Élise Lorenceau, Arnaud Saint-Jalmes

Mots clés

Mots clés libres

Antimousse

Huile

Séparation de phase

Emulsion

Films minces

Mouillage

Antifoam

Oil

Phase separation

Emulsion

Thin films

Wetting

Résumé

La formation parasite de mousses liquides est un problème fréquemment rencontré dans les procédés industriels. Le PDMS (Polydiméthylsiloxane), dispersé sous forme de gouttes micrométriques dans le liquide, est souvent utilisé comme anti-mousse. Si les mécanismes de déstabilisation par le PDMS sont bien connus dans le cas des mousses aqueuses, celui des mousses non-aqueuses a été peu examiné alors même que des effets étonnants sont rencontrés, comme l'effet pro-moussant du PDMS dans certains mélanges.Dans cette thèse, nous cherchons à comprendre les mécanismes spécifiques de déstabilisation des mousses d'huiles par le PDMS en examinant les interactions entre l'air, le liquide moussant et les gouttes anti-moussantes. Nous caractérisons parfaitement le mélange ternaire de liquides choisi et nous développons des dispositifs expérimentaux permettant des mesures de la stabilité des mousses à toutes les échelles, du centimètre à la dizaine de nanomètres.Dans un premier temps, nous montrons que l'insolubilité du PDMS dans le mélange étudié est une condition nécessaire mais non suffisante pour obtenir un effet antimousse. Dans un second temps, nous nous focalisons sur les mélanges biphasiques et nous étudions le transport et l'entrée des gouttes à l'interface air-liquide, que nous modélisons par un processus d'advection-diffusion. Ce modèle est validé par la mesure de la tension de surface d'une bulle immergée dans le liquide. Enfin, nous analysons l'effet du confinement des gouttes dans des films suspendus, reproduisant les films de liquide qui séparent les bulles dans une mousse. Nous montrons que l'amincissement local du film est dû à l'étalement d'une goutte à sa surface, ce qui entraîne le liquide sous-jacent et provoque son éclatement prématuré. Nous expliquons pourquoi, malgré un étalement plus lent, les gouttes plus visqueuses font éclater les films plus efficacement. Finalement, nous parvenons à une description complète de l'effet de la dispersion de gouttes riches en PDMS sur la stabilité de mousses composées d'un mélange d'huiles.

The formation of liquid foam is a problem frequently encountered in industrial processes. PDMS (Polydimethylsiloxane), dispersed in the liquid as micrometric droplets, is often used as an antifoam. While the mechanisms responsible for the destabilisation of aqueous foams by PDMS are well known, little attention has been paid to non-aqueous foams, even though some surprising effects have been observed, such as the pro-foaming effect of PDMS in certain mixtures.In this thesis, we investigate the specific mechanisms of destabilisation of oil foams by PDMS by examining the interactions between the air, the foaming liquid and the anti-foaming droplets. We perfectly characterise the ternary mixture of liquids chosen and we develope experimental set-ups enabling measurements of the stability of foams on all scales, from centimetres to tens of nanometres.Firstly, we show that the insolubility of PDMS in the mixture studied is a necessary but not sufficient condition to get an antifoaming effect. Secondly, we focus on two-phase mixtures and study the transport and entry of drops at the air-liquid interface, which we model using an advection-diffusion process. This model is validated by measuring the surface tension of a bubble immersed in the liquid.Thirdly, we analyse the effect of droplet confinement in suspended films, reproducing the liquid films that separate bubbles in a foam. We show that the local thinning of the film is due to the spreading of a drop at its surface, which drags the underlying liquid and causes the film to burst rapidly. We explain why, despite slower spreading, more viscous drops cause films to burst more efficiently.Finally, we provide a complete description of the effect of dispersed PDMS-rich microdroplets on the stability of foams composed of an oil mixture.