Thèse soutenue

Contrôle de l'émulsification microscopique par réglage rhéologique fin
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Auteur / Autrice : Elia Missi
Direction : Teodor BurgheleaJérôme BellettreAgnès Montillet
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Énergétique, thermique, combustion
Date : Soutenance le 28/11/2023
Etablissement(s) : Nantes Université
Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Thermique et Energie de Nantes
Jury : Président / Présidente : Christophe Josserand
Examinateurs / Examinatrices : Volfango Bertola

Mots clés

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Résumé

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Une étude expérimentale de la dynamique turbulente de l'émulsification dans un dispositif microfluidique à jonction en croix est présentée. L'étude se concentre sur la possibilité d'augmenter l'efficacité énergétique du dispositif microfluidique déjà conçu et breveté en produisant des émulsions plus stables avec des gouttes de faibles tailles sans compromettre les coûts énergétiques globaux du processus d'émulsification. La phase continue aqueuse est rhéologiquement modifiée par l'ajout d'une quantité infime (moins de 1% en masse) d'un matériau polymère (gomme de xanthane). Dans un cadre physique simplifié, une étude de la dynamique d'une seule goutte d'huile dans la zone d'impact des microcanaux est d'abord réalisée. Deux modes dynamiques fondamentaux sont observés. Le premier concerne le "piégeage" de la goutte dans la zone d'impact et sa déformation sans rupture. Le second phénomène concerne la rupture des gouttes. Une description quantitative de la cinématique de la déformation des gouttes a été réalisée à l'aide d'un nouvel outil qui permet d'évaluer les distributions de vitesse le long des contours des gouttes, montrant que la rupture des gouttes est dominée par l'extension. Ensuite, le processus d'émulsification a été étudié dans une large gamme de concentrations de polymères dans la phase continue et de nombres de Reynolds (jusqu'à 16000) afin d'observer le phénomène de réduction de la traînée. Les statistiques de la taille des gouttelettes dans les émulsions résultantes sont mesurées ex-situ au moyen de la microscopie numérique. Les mesures intégrales des statistiques des pertes de charge dans le microcanal permettent de cartographier les niveaux de réduction de la traînée. Pour chaque état, la dynamique spatio- temporelle du processus d'émulsification est évaluée au moyen d'une imagerie à grande vitesse in-situ de l'interface entre les deux fluides. En utilisant des mesures micro-PIV de séries temporelles de la vitesse, une diminution significative du niveau des fluctuations de la vitesse axiale mesurée à la ligne centrale du microcanal est observée dans le régime d'écoulement de réduction de la traînée