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Ecoulement de mousses 2D

Eric Janiaud — Trinity College (Dublin, Irelande)

19 septembre 2006

Les fluides complexes (mousses, émulsions, gels, boues,... ) sont des liquides possédant une structure interne à l’origine de comportements macroscopiques surpenants. Ainsi, aux propriétés ?classiques’ des liquides, s’ajoutent souvent des comportements élastiques habituellement réservés aux solides. Lorsqu’ils sont cisaillés, ces liquides tendent à former des bandes de cisaillements aboutissant à un écoulement non homogène. Le lien entre la structure et les proprétés macroscopiques reste encore largement incompris et motive beaucoup de travaux de recherches. Les mousses liquides appartiennent à cette classe de systèmes et possèdent l’avantage d’avoir une structure interne très facilement accessible puisque sa longueur caractéristique (la taille d’une bulle) est observables à l’oeil nu. Les mousses bidimensionelles (2D), constituées d’une monocouche de bulles sont observables à l’aide d’une simple camera ccd et ont été beaucoup utilisées ces dernières années afin de mettre en évidence les comportement génériques des mousses tridimensionnlles. Lorsqu’une mousse est cisaillée, les bulles qui la constituent se réarangent et changent de voisines donnant lieu à comportement plastique. Ainsi des bandes de cisaillement ont été observées (Debrégeas PRL 2001) dans une mousse 2D cisaillée entre deux disques concentriques (équivalent 2D de la cellule de Couette). Afin de comprendre leur origine, nous avons utilisé un model continu de type fluide de Bingham incluant un terme elastique ainsi que la friction visqueuse des bulle contre les parois de confinement de la monocouches. Il apparaît ainsi que l’origine des bandes de cisaillement est attribuable à cette friction visqueuse contre les parois et non à une modification de la structure interne (Janiaud PRL 2006) . Mais la plasticité de la structure n’est pas la seule façon qu’ont les mousses de couler. En effet, sous l’effet de la gravité, le liquide qu’elles contiennent coule à travers le réseau formé par la jonction des films séparant les bulles. Lorque le flux de liquide est important, ce drainage se couple alors à des mouvements plastiques des bulles et des rouleaux de convection se forment dans la mousse (instabilité convective). Nous avons ainsi mis au point une expérience permettant de reproduire ce phénoméne dans les mousses 2D afin de pouvoir étudier conjointement le drainage ainsi que le mouvement convectif des bulles.