Ecoulements de fluides complexes dans des canaux sub-microniques

Sub-micron flow of complex fluids

• Auteur / Autrice : Amandine Cuenca
• Direction : Patrick Maestro, Hugues Bodiguel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique-chimie
• Date : Soutenance le 09/11/2012
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire du Futur (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Nallet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Joseph, Frédéric Restagno
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Barentin, Elisabeth Charlaix

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanofluides

Fluides complexes

Rhéologie

Mots clés libres

Nanofluidique

Géométrie confinée

Rhéologie

Fluides complexes

Nanofluidics

Confined geometry

Rheology

Complex Fluids

Résumé

Les écoulements de fluides complexes à l’échelle sub-micronique est une problématique rencontrée dans des domaines aussi divers que la récupération assistée du pétrole ou la lubrification des surfaces. Un fluide complexe a des propriétés rhéologiques riches, dues à la présence d’objets déformables en solution, comme les pelotes de polymère. Les phénomènes de surface, comme le glissement jouent un rôle important aux petites échelles. La question de l’effet du confinement sur la rhéologie de solutions de polymères est abordée. Nous caractérisons la taille des objets en solution et la rhéologie volumique des fluides. Grâce au développement d’une technique de photobleaching de fluorescence pour la mesure de vitesse d’écoulement dans des canaux sub-microniques, nous déterminons la viscosité effective des fluides en géométrie confinée. Cette approche expérimentale nous permet de montrer que le confinement induit une diminution de la viscosité effective des fluides. Une mesure directe des vitesses et longueurs de glissement est réalisée en microcanaux par vélocimétrie de particules (micro-PIV). Ces données mettent en évidence une réduction du glissement en géométrie confinée, qui est interprétée en termes de modification du mécanisme de glissement. Une distinction entre le comportement volumique et les phénomènes de surface ne permet plus de rendre compte du comportement du fluide à l’échelle sub-micronique. Une étude préliminaire des écoulements de solutions de tensioactifs à l’échelle sub-micronique est également proposée.

Rheology of high molecular weight polymer solutions at submicroscale is investigated, with a particular emphasis on the wall slip characterization. Our approach is to measure the velocity of a pressure-driven flow in sub-microchannels in order to determine an effective viscosity of fluids. We have been using fluorescence photobleaching as a non-invasive technique to evaluate the velocity of a pressure-driven flow in 175 to 4000 nm high channels. A striking reduction of the effective viscosity is observed with the confinement, as compared to the bulk one. Direct measurement of slip velocity in microchannels is performed, using z-resolved micro-Particle Image Velocimetry (PIV). This study enables to draw two important conclusions, which have never been experimentally demonstrated. Slippage of polymer solutions in the semi-dilute unentangled regime is greatly reduced by confinement. A distinction of bulk and surface phenomena seems no longer valid at the submicroscale. This experimental method is also adapted to the study of surfactant solutions flows at the submicroscale.