Quelques problèmes de dynamique d'interfaces molles

Achod André Aradian

This theoretical work presents four topics of research which deal with the dynamics of various soft interfaces. (1) Drops and films over a porous substrate: We studied the deformation of a drop under the combined action of liquid suction and contact line pinning on the substrate. We also considered the situation of a film entrained on a porous plate withdrawn from a pool: the film has a finite height, which we computed, and presents a non-trivial structure in the vicinity of the contact line. (2) Interdiffusion and cross-linking at polymer interfaces: The formation of a strong joint between two polymeric pieces requires that a good amount of chain interdiffusion is attained. This process is however hindered by the introduction of a cross-linker (added to reinforce the bulk of the material). We modeled the competition that thus takes place, and we were able to extract a simple parameter controlling the final state of the system and to give predictions for the adhesion strength in two limiting regimes. (3) Granular flows: We computed a complete analytical description of an avalanche on a sandpile, when the flow displays a linear velocity profile. Among the predictions, it was found that the maximum thickness reached in the avalanche is proportional to the square root of the pile extension. (4) Dynamics of vertical soap films: The recent theories explaining the drainage of these films are based on hydrodynamic instabilities ("marginal regeneration"). We tried to precisely determine their precursor state: in a generic fashion, the film forms a pinched region, whose dimensions were derived analytically; this region may gather the features required for the emergence of the instabilities.

Ce travail de thèse, de nature théorique, présente quatre axes de recherche portant sur la dynamique d'interfaces molles. (1) Gouttes et films de liquide sur substrats poreux : Nous avons étudié la déformation d'une goutte soumise simultanément à une aspiration de liquide et à un ancrage de sa ligne de contact avec le substrat. Nous nous sommes aussi intéressés au problème de l'entraînement d'un film de liquide sur une surface poreuse tirée hors d'un bain : le film a une hauteur finie, que nous avons calculée, et présente une structure non-triviale à l'approche de la ligne de contact. (2) Réticulation et interdiffusion à l'interface entre deux polymères : La formation de joints entre deux pièces de polymère nécessite une bonne interdiffusion des chaînes, qui peut cependant être considérablement contrariée lorsqu'un agent réticulant est introduit (dans le but de renforcer le matériau final). Nous avons modélisé la compétition qui s'installe, en montrant qu'il existait un paramètre de contrôle simple permettant d'optimiser le système et en donnant des prédictions sur l'énergie d'adhésion attendue dans deux régimes-limites. (3) Ecoulements granulaires : Nous donnons le scénario analytique complet du déroulement d'une avalanche sur un tas de sable, en tenant compte de l'effet d'un profil de vitesse linéaire dans la couche roulante. Parmi les prédictions, nous avons trouvé que l'épaisseur maximale devait varier comme la racine carrée de la taille de l'empilement. (4) Dynamique de films de savon verticaux : Les propositions actuelles concernant le mécanisme du drainage de ces films font appel à des instabilités hydrodynamiques se développant au bord du film ("régénération marginale"). Nous avons cherché à en déterminer précisément l'état précurseur : de manière générique, le profil forme une zone de striction, dont nous avons calculé analytiquement les dimensions typiques ; celle-ci pourrait rassembler les caractéristiques nécessaires à l'émergence des instabilités.

Mots clés: interfaces molles; hydrodynamique physique; ligne de contact; angle de contact; ancrage; film de Landau Levich; matériau poreux; mouillage; interdiffusion; interfaces polymères; film de latex; adhésion; avalanche granulaire; écoulement granulaire; tas de sable; modèle BCRE; matériau granulaire; film de savon; régénération marginale; drainage; mousse; dimple

Domaines: Dynamique des Fluides [physics.flu-dyn]; Analyse de données, Statistiques et Probabilités [physics.data-an]

Achod André Aradian. Quelques problèmes de dynamique d'interfaces molles. Dynamique des Fluides [physics.flu-dyn]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2001. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00001386⟩