BIDIMENSIONAL FLOWS OF FOAM AROUND OBSTACLES
ÉCOULEMENTS BIDIMENSIONNELS DE MOUSSE AUTOUR D'OBSTACLES
Abstract
This thesis studies the bidimensional flows of foam around obstacles. After a recall of the context in foam rheology research, the experimental setup is presented: the goal is to generate the flow of a foam, constituted by a monolayer of bubbles confined between a soap solution and a glass plate, around an obstacle, and to simultaneously measure the force exerted by the foam on the obstacle, and the various fields describing locally the flow. A systematic study of the drag on various obstacles, and of the dissipation, versus numerous control parameters (flow rate, bubble size, bulk viscosity, monolayer thickness) is then described. The drag has two contributions: a yield one, at vansihing velocity, and a dynamic one, revealing that the foam behaves as a yield stress fluid. Then, the following fields: velocity, stress, deformation, topological rearrangements, are studied. The results strongly constrain the rhelogical models, evidencing an fore-and-aft asymmetry, of elastic origin. The thesis ends by a discussion of all presented results, and with some tracks to theoretically model the descibed phenomena.
Cette thèse étudie les écoulements bidimensionnels de mousse autour d'obstacles. Après un rappel du contexte de recherche en rhéologie des mousses, le dispositif expérimental employé est présenté : il s'agit de créer l'écoulement d'une mousse, constituée d'une monocouche de bulles confinée entre une solution savonneuse et une plaque de verre, autour d'un obstacle, et de simultanément mesurer la force exercée par la mousse sur l'obstacle, et les différents champs décrivant l'écoulement à l'échelle locale. Une étude systématique de la traînée sur différents obstacles, ainsi que de la dissipation, en fonction de nombreux paramètres de contrôle (débit, taille des bulles, viscosité de la solution, épaisseur de la monocouche), est ensuite décrite. La traînée se décompose en une traînée seuil, à vitesse tendant verz zéro, et en une partie dynamique, révélant que la mousse se comporte comme un fluide à seuil. Ensuite, les champs suivants : vitesse, contraintes, déformations, réarrangements topologiques, sont étudiés. Les résultats contraignent fortement les modèles rhéologiques, en mettant notamment en évidence une asymétrie amont/aval au niveau de l'obstacle, d'origine élastique. La thèse se termine par une discussion de l'ensemble des résultats ainsi que par des pistes de modélisation théorique des phénomènes décrits.