Response of a monodisperse 2D foam under a localised cyclic deformation in the quasitatic regime
Réaction d'une mousse monodisperse 2D soumise à une déformation cyclique
Résumé
The object of this thesis is to study the rheology of 2D foams. We observed the response of a monodisperse foam subjected to a localised cyclic deformation in the quasistatic regime. An experimental device transforms foam by inflating and deflating a central bubble (CB) and follows the evolution of the pressure of the CB with time. During inflation, the experiments showed that the CB chooses a privileged opening direction. The analysis shows two forms: an isotropic one where the bubble is round or an anisotropic one where the bubble is of pointed form in a random direction. The experiments showed that, during the first two cycles, the topological changes (T1) occur everywhere in foam. After this transitory regime, the T1 occur only near the CB in an ordered and reversible way. In this regime, after each cycle, the energy of foam is identical. Thus all energy injected is dissipated by the T1. The average energy dissipated by a T1 is deduced from the calculation of energy injected. Lastly, a detailed analysis shows than the T1 although being local has an effect on the other bubbles of foam. For that we calculated the fluctuations of pressure (using Surface Evolver Software) and displacements induced by the T1. The analysis shows a quadripolar response of the foam to the T1. The pressure drops with distance from the T1. This attenuation approaches a power or exponential law, without one being able to discriminate the two behaviours. The best exponential fit gives a screening length of two bubble diameters whatever the size of foam.
Cette thèse a pour objet d'étudier la rhéologie des mousses 2D. Des mousses monodisperses sont soumises à une déformation cyclique localisée en régime quasistatique. Un dispositif expérimental sollicite la mousse par gonflage et dégonflage d'une bulle centrale (BC) et suit l'évolution de la pression de la BC au cours du temps. Au gonflage, les expériences ont montré que BC choisit une direction d'ouverture privilégiée. L'analyse de sa forme montre un régime isotrope où la bulle est ronde puis un régime anisotrope où la bulle est de forme pointue de direction aléatoire. Les expériences ont montré que, durant les deux premiers cycles, des changements topologiques (T1) se produisent partout dans la mousse. Après ce régime transitoire, les T1 se produisent uniquement à proximité de la BC de façon ordonnée et réversible. Dans ce régime, après chaque cycle, l'énergie de la mousse est identique. Donc toute l'énergie injectée est dissipée par les T1. Le calcul de l'énergie injectée a permis d'en déduire l'énergie moyenne dissipée par un T1. Enfin, une analyse plus fine montre que le T1 a un effet sur les autres bulles de la mousse. Pour cela nous avons calculé, lors d'un T1, les fluctuations de pression des bulles par le logiciel Surface Evolver ainsi que leurs déplacements. L'analyse montre une réponse quadripolaire de la mousse au T1. L'influence de la distance au T1 a montré une atténuation des sauts de pression. Cette atténuation se rapproche à la fois d'une loi de puissance ou d'une exponentielle, sans que l'on ait pu discriminer les deux comportements. Le meilleur ajustement exponentiel donne une longueur d'écrantage de 2 diamètres de bulles quelle que soit la taille de la mousse.