Добірка наукової літератури з теми "Écoulements de Marangoni"

Le travail porte sur deux problématiques scientifiques : la formation de structures convectives induites par l'instabilité de Marangoni-Bénard et les propriétés de transport des écoulements entre surfaces texturées. Bien que physiquement distincts, ces deux systèmes présentent les points communs d'être assujettis à de fortes contraintes spatiales. Il sont analysés par le biais de la théorie des bifurcations. L'étude de la convection de Marangoni-Bénard a été menée dans des géométries cylindriques à section transverse circulaire et faiblement elliptique. La comparaison des deux situations dans le régime non-linéaire a été menée par l'étude des changements induits sur les diagrammes de bifurcation eux mêmes interprétés par la théorie des bifurcations en présence de symétries. Nous avons ensuite mené l'étude de cette instabilité en présence de mélanges fluides binaires sujets à l'effet Soret et dans des couches fluides bidimensionnelles. Ce travail a révélé la formation de structures convectives spatialement localisées appelées convectons dont nous avons révélé la formation sur un fond d'ondes de plus faible amplitude. Enfin, nous avons étudié les propriétés de transport des écoulements entre surfaces texturées. Le système étudié est confiné transversalement à la direction de l'écoulement ce qui place cette étude dans le contexte de la microfluidique et de l'élaboration de micro-mélangeurs passifs. La simulation numérique et l'analyse des propriétés de transport de traceurs passifs est menée sur les équations issues d'un développement asymptotique faiblement inertiel dans un canal formé d'une succession périodique de cellules texturées
The work focuses on two different physical situations: the convective structures resulting from the Marangoni-Bénard instability and the flow between patterned surfaces. The two systems are spatially constrained and are analysed using dynamical systems theories. Marangoni-Bénard convection has been studied in cylindrical geometries with either a circular or a weakly elliptical cross-section. The comparison of the two situations is carried out in the non-linear regime and the corresponding bifurcation diagrams are analysed using bifurcation theory with symmetries. Two-dimensional Marangoni convection in binary mixtures with Soret effect has also been studied in large periodic domains. The results show the formation of steady convective structures localized in space called convectons and the onset of stable convectons embedded in a background of small amplitude standing waves. Finally, the transport properties of flows in between patterned surfaces under weak inertia influence is studied. The flow is induced by a constant applied pressure gradient and the velocity field is calculated using an extension of the lubrication approximation taking into account the first order inertial corrections. Trajectories of tracers are obtained by integrating numerically the quasi-analytic velocity field. The transport properties are analysed by the study of Poincaré sections and their invariants

Le développement d’approches numériques précises est nécessaire pour étudier les effets de gradients de tension de surface induites par des variations de température. Des études antérieures ont utilisé diverses méthodes, notamment les méthodes Smoothed Particle Hydrodynamics, Volume-of-fluid, levelset ou de front tracking. Ces approches se sont avérées bien adaptées pour traiter ces phénomènes physiques. La présente étude propose une implémentation dans ARCHER, le code interne de résolution des équations de Navier-Stokes, qui est basé sur la méthode couplant levelset et Volume-of-fluid. L’effet des variations de la tension superficielle en réponse aux gradients de température est incorporé. En outre, l’approximation de Boussinesq est introduite pour tenir compte de l’effet de flottabilité. Deux cas canoniques ont été examinés pour valider cette nouvelle implémentation. Le premier cas d’étude considère une interface plane entre deux fluides avec un gradient de température aligné avec l’interface. Il en résulte la génération d’un écoulement qui peut être décrit analytiquement pour une gamme de scenarii, puis reproduit à l’aide de la simulation numérique. Le deuxième cas porte sur une bulle sphérique ou circulaire soumise à un gradient de température. Il en résulte une migration de la phase dispersée. Une fois de plus, la solution analytique est utilisée pour valider l’approche numérique développée. Enfin, la dernière partie du manuscrit traite des instabilités d’écoulement diphasiques causés par la présence de gradients de température. Les instabilités thermo-convectives induites par les variations de la masse volumique (flottabilité) et/ou la tension superficielle (effet Marangoni) ont été investiguées en considérant les cas limites. Dans cette étude, des cellules d’instabilité et la déformation de l’interface ont pu être observées par l’approche numérique développée
The development of accurate numerical approaches is required to study flows driven by surface tension gradients induced by temperature variations. Previous studies have employed various methods, including Smoothed Particle Hydrodynamics, Volume-of-fluid, levelset, and front tracking. These approaches have been demonstrated to be adopted for treating this kind of physical phenomena. The present study proposes an implementation on ARCHER, the inhouse code solver for Navier-Stokes equations, which is based on the coupled levelset and volume-of-fluid method. The impact of fluctuations in surface tension in response to temperature gradients is incorporated. Furthermore, the Boussinesq approximation is introduced to account for the buoyancy effect. Two canonical cases were subject to examination to validate this novel implementation. The first case study considers a flat interface between two fluids with a temperature gradient aligned with the interface. This results in the generation of a flow that can be analytically described for a range of scenarii, which was then reproduced through numerical simulation. The second case considers a spherical or circular bubble subjected to a temperature gradient. This results in the migration of the dispersed phase. Once more, the analytical solution is employed to validate the developed numerical approach. Finally, the impact of temperature gradients is studied by considering the Rayleigh Bénard-Marangoni instability at two limits: when driven by buoyancy and when driven by Marangoni stress. The observation of instability cells and the deformation of the interface were also noted. Finally, the final section of the manuscript addresses two-phase flow instabilities precipitated by the presence of temperature gradients. Thermoconvective instabilities induced by variations in density (buoyancy) and/or surface tension (Marangoni effect) were examined by considering boundary cases. In this study, instability cells and interface deformation were observed using the numerical approach developed

L’effet thermocapillaire (ou Marangoni) est la résultante mécanique d’un gradient de tensioninterfaciale induit par la présence d’un gradient de température sur une interface fluide. Il semanifeste par (i) la migration d’un objet fini (goutte, bulle) immergé, et (ii) une déflexion del’interface. Sa nature interfaciale le rend particulièrement pertinent à petite échelle, notammenten microfluidique diphasique. Ce travail de thèse montre comment un effet thermocapillaireinduit localement par chauffage laser peut être utilisé pour produire des composants optofluidiquesélémentaires (vanne, aiguillage, échantillonneur), et en présente une étude quantitative.La déstabilisation d’un jet microfluidique forcée par laser, conduisant à sa rupture, est égalementprésentée et caractérisée. Cette « boîte à outils » optique fournit ainsi une approche sans contact,pour produire et manipuler des gouttes en microfluidique digitale sans nécessité d’une microfabricationdédiée. Par ailleurs, afin de caractériser sur des temps longs les gouttes produites,et ainsi considérer des populations statistiquement significatives, un dispositif optoélectroniquesimple pour mesurer les gouttes et leur vitesse en temps réel a également été développé
The thermocapillary (or Marangoni) effect is the mechanical result of an interfacial tension gradientinduced by a temperature gradient on a fluid interface. This effect manifests itself byinducing (i) the migration of an immersed finite-size object (droplet, bubble), and (ii) a deflexionof the interface. Due to its interfacial nature, the Marangoni effect is particularly relevantat small length scales, especially in the context of two-phase microfluidics. This thesis aims atapplying the thermocapillary effect locally induced by laser heating, in order to create some basicoptofluidic actuators (valve, switch, sampler). A quantitative study of these actuators is presented.The laser-forced destabilization of a co-flowing microfluidic jet, leading to its breakup,is also investigated. This “optical toolbox” represents a non-contacting, and microfabricationfreeapproach for the production and handling of droplets in digital microfluidics. Moreover, tocharacterize these droplet over long times, thus considering statistically significant populations,a simple optoelectronic device has been developed for measuring the size and velocity of thedroplets in real time

Cette thèse étudie quelques situations dans lesquelles un système actif, composé de particules auto-propulsées, est soumis à des contraintes extérieures. Dans un premier chapitre, nous étudions le comportement d'une assemblée de bactéries magnétotactiques —capables de s'aligner sur un champ magnétique extérieur— forcées au travers d'une constriction en forme de sablier. Nous caractérisons les propriétés dynamiques de ce système, à l'échelle individuelle mais également à celle de l'embouteillage formé et du jet émergeant. En particulier, nous montrons dans les zones concentrées en bactéries des couplages reliant densité en bactéries, vitesse de nage et forçage magnétique beaucoup plus complexes que ce qui avait été considéré jusqu'à maintenant dans les modèles théoriques.Le deuxième chapitre aborde un nouveau système actif constitué de disques de camphres posés à la surface de l'eau. Dans une première étape, nous avons étudié en détails les propriétés de nage individuelle de ces objets qui brisent spontanément la symétrie du système pour se mettre en mouvement. En particulier, nous montrons que les données recueillies peuvent être rationnalisées à l'aide d'une approche théorique très simple de ce problème couplé d'hydrodynamique et de transport de tensio-actif. Dans un troisième chapitre, nous avons abordé la dynamique d'une assemblée de ces nageurs interfaciaux interagissant via les champs hydrodynamiques et chimiques qu'ils génèrent. À concentration intermédiaire en nageurs, un régime de nage intermittente caractérisé par des bouffées pseudo-périodiques d'activité des nageurs apparaît. En utilisant des outils et concepts issus du domaine de la turbulence nous montrons que de façon remarquable, ce système très simple exhibe des comportements canoniques de la turbulence tels que prédits par Kolmogorov (1941), ouvrant ainsi des perspectives concrètes sur des analogies très riches entre turbulence et systèmes actifs
This work address different situations where active matter, made out of self-propelled particles, is submitted to external constraints.In a first part, we consider the response of magnetotactic bacteria –capable of swim alignment along magnetic field lines- directed through an hourglass shape geometry. We characterize the dynamic properties of the system, both at the individual bacteria scale and at the scale of the jammed region or of the induced outgoing jet. We show that in high density regions, couplings between the bacteria interactions, swim velocity and magnetic forcing take a much more complex form than had been considered so far in theoretical models.In a second chapter, we are addressing a new active system made out of camphor disks lying at the air-water interface. First of all, we study in details the individual swim properties of such particles, which spontaneously break the system symmetry to start moving. In particular, we show that all experimental data can be rationalized within the framework of a very simple model of this complex problem where hydrodynamic flows and surfactant transports are coupled through Marangoni stress.In a last chapter, we addressed the collective dynamics of an assembly of such interfacial swimmers that interact through the flow and chemical fields they generate. At intermediate swimmers concentrations, an intermittent swim regime appears characterized by pseudo-periodic activity bursts. Using tools and concepts from the turbulence domain, we show that, remarkably, this simple system exhibits dynamical properties matching the ones of canonical turbulence as predicted by Kolmogorov in the 40s. This demonstration opens up rich perspectives in the historical domain of turbulence together with in the emerging one of active matter

L'effet thermocapillaire (ou Marangoni) est la résultante mécanique d'un gradient de tension interfaciale induit par la présence d'un gradient de température sur une interface fluide. Il se manifeste par (i) la migration d'un objet fini (goutte, bulle) immergé, et (ii) une déflexion de l'interface. Sa nature interfaciale le rend particulièrement pertinent à petite échelle, notamment en microfluidique diphasique. Ce travail de thèse montre comment un effet thermocapillaire induit localement par chauffage laser peut être utilisé pour produire des composants optofluidiques élémentaires (vanne, aiguillage, échantillonneur), et en présente une étude quantitative. La déstabilisation d'un jet microfluidique forcée par laser, conduisant à sa rupture, est également présentée et caractérisée. Cette « boîte à outils » optique fournit ainsi une approche sans contact, pour produire et manipuler des gouttes en microfluidique digitale sans nécessité d'une microfabrication dédiée. Par ailleurs, afin de caractériser sur des temps longs les gouttes produites, et ainsi considérer des populations statistiquement significatives, un dispositif optoélectronique simple pour mesurer les gouttes et leur vitesse en temps réel a également été développé.

Dans le cadre de ce travail, des méthodes numériques sont développées afin de simuler le soudage laser et la fusion d’un lit de poudre tout en tenant compte de leur complexité. Ces méthodes se reposent sur une nouvelle stratégie de couplage fluide/solide. Elles permettent de simuler la formation de la zone fondue en tenant compte des écoulements du fluide à travers les deux effets de la tension de surface ("effet de courbure" et "effet Marangoni") et la flottabilité. Une approche ALE est utilisée afin de suivre l’évolution de la surface libre. L’interaction entre les écoulements du fluide dans le bain fondu et les déformations du solide dans le métal de base est assurée en imposant les vitesses du solide au cours du calcul fluide. Plusieurs tests analytiques et numériques sont utilisés afin de valider la formulation du problème fluide et la nouvelle stratégie de couplage fluide/solide. Les résultats montrent l’efficacité et la robustesse des méthodes numériques développées.Comme première application, une simulation thermomécanique du soudage laser est réalisée. Les résultats obtenus montrent une bonne cohérence avec les résultats de la littérature. La deuxième application consiste à simuler la fusion d’un lit de poudre. Elle permet de prendre en compte le retrait de la couche de poudre après fusion et le changement des propriétés thermophysiques en fonction de l’état de matière (poudre ou compact).Si le travail de thèse a consisté principalement à développer des méthodes numériques, il comporte aussi une partie expérimentale. Un montage spécifique a ainsi été réalisé en utilisant différents outils d’instrumentation. Ces outils ont permis dans un premier temps de mieux comprendre les phénomènes physiques mis en jeu par les deux procédés. Dans un deuxième temps, une base de données (morphologie du bain, température et contraintes résiduelles) sur des pièces soudées est constituée. Cette base de données permettra dans un travail ultérieur, de réaliser une démarche de validation globale des méthodes numériques proposées
In the current study, numerical methods are developed to simulate the laser welding and the melting of a powder bed while taking into account their complexity. These methods are based on a new strategy of fluid/solid coupling. They allow to simulate the formation of the melted zone by taking into account the fluid flows through the two effects of the surface tension ("curvature effect" and "Marangoni effect") and the buoyancy. An ALE approach is used to follow the evolution of the free surface. The interaction between the fluid flows in the molten pool and the deformations in the solid part is ensured by imposing the velocities of the solid nodes during the fluid computation. Several analytical and numerical tests are used to validate the formulation of the fluid problem and the new strategy of fluid/solid coupling. The results confirm the efficiency and the robustness of the numerical methods developed.As first application, a thermal-fluid-mechanical simulation of laser welding is carried out. The results obtained show a good correlation with the literature results. The second application consists of simulating the melting of a powder bed. It allows to take into account the shrinkage of the powder layer after melting, and the change of the thermalphysical properties depending on the material state (powder or compact).Although the study consisted mainly in developing numerical methods, it also includes an experimental part. Specific set-up has been done using different instrumentation tools. These tools allow to better understand the physical phenomena involved during the two processes. In a second step, a database (morphology of molten pool, temperature and residual stresses) on welded parts is constituted. This database will allow in a subsequent work to carry out a global validation process of the proposed numerical methods

Plusieurs études tant numériques qu’expérimentales font état de la présence d’instabilités thermiques dans des films liquides chauffés uniformément par le bas pour des conditions aux limites et d’écoulements particuliers. La présence de ces instabilités modifiera les transferts thermiques associés. Le sujet de ce travail de thèse consiste à étudier numériquement les instabilités thermoconvectives d’un écoulement laminaire tridimensionnel de convection mixte dans un canal horizontal à surface libre. Les variations de la tension de surface avec la température (effet Marangoni ou effet thermocapillaire) sont prises en compte. Bien que d’un intérêt certain pour de nombreuses applications industrielles, cette situation a été très peu étudiée d’un point de vue académique dans la configuration considérée ici. Dans cette de configuration plusieurs types de structures thermoconvectives sont susceptibles d’apparaître. Lorsque les forces induites par les courants de convection naturelle, forcée et thermocapillaire sont du même ordre de grandeur, les premiers résultats montrent un développement des instabilités sous forme de rouleaux convectifs longitudinaux stationnaires semblables à ceux rencontrés pour des écoulements de type Poiseuille-Rayleigh-Bénard. A notre connaissance, c’est la première fois que l’écoulement de convection de type Poiseuille-Rayleigh-Bénard associé aux effets Marangoni est étudié. Le nombre et la distribution spatiale des rouleaux convectifs le long du canal dépendent des conditions de l’écoulement. Nous proposons une étude numérique pour ces conditions particulières d’écoulement pouvant conduire à des instabilités avec une évaluation de leur effet sur les transferts de chaleur. Les équations de Navier-Stokes et de l’énergie sont résolues numériquement par la méthode de volumes finis en prenant en compte les effets thermocapillaires. Les résultats présentés concernent l’influence des paramètres contrôlant l’écoulement (nombres de Reynolds, de Rayleigh, de Biot, de Marangoni et le rapport de forme) sur les motifs de l’écoulement et les échanges thermiques. Dans une seconde partie du travail, complémentaire à la première, une analyse de stabilité linéaire de l’écoulement dans un canal ouvert à surface libre d’extension latérale infinie est réalisée en utilisant la méthode spectrale de type collocation Chebyshev pour résoudre un système aux valeurs propres. Les diagrammes de stabilité déterminant les seuils des paramètres conduisant à l’instabilité thermoconvective ont été obtenus et analysés, ainsi que les structures spatiales associées
Several studies both numerical and experimental have reported the presence of thermal instabilities in liquid films uniformly heated from below for specific boundary conditions and flows. The presence of these instabilities modifies the associated heat transfer. The subject of this PhD thesis is to study numerically the instability of three-dimensional laminar mixed convection within a liquid flowing on a horizontal channel heated uniformly from below. The upper surface is free and assumed to be flat. The variations of the surface tension with the temperature (Marangoni effect or thermocapillary effect) are taken into account. Although of great interest for many industrial applications, this problem has received little attention from an academic point of view. In this configuration, several types of thermoconvective structures may appear. When the strength of the buoyancy, thermocapillary effects and forced convective currents are comparable, the results show the development of instabilities in the form of steady longitudinal convective rolls similar to those encountered in the Poiseuille-Rayleigh-Bénard flow. To our knowledge, this is the first time that the Poiseuille-Rayleigh-Bénard flow associated to the Marangoni effects has been investigated. The number and spatial distribution of the convective rolls along the channel depend on the flow conditions. We propose a numerical study on the flow conditions that could lead to thermal instabilities with an evaluation of their effect on the heat transfer. The coupled Navier-Stokes and energy equations are solved numerically by the finite volume method taking into account the thermocapillary effects. The results presented concern the influence of several control parameters (the Reynolds, Rayleigh, Biot and Marangoni numbers and the aspect ratio of the channel) on the flow patterns and heat transfer characteristics. In the second part of this work, complimentary to the first, a linear stability analysis of a horizontal liquid film flowing in an open channel, with infinite lateral extension and uniform heating from below, is carried out. An eigenvalue problem is obtained in the course of this analysis which is solved numerically using the Chebyshev collocation spectral method. The stability diagrams determining the threshold parameters leading to thermoconvective instabilities were obtained and analyzed as well as the associated spatial patterns

La convection de Marangoni est un phénomène hydrodynamique qui apparaît en présence d'un gradient de tension de surface le long d'une interface entre deux fluides non miscibles. Il est possible de voir apparaître cette convection, dans les échangeurs de chaleur avec changement de phase, autour des bulles de vapeur. Cependant, la convection de Marangoni a longtemps été négligée devant les autres phénomènes intervenant dans le transfert de chaleur. A l'ère de la miniaturisation, il devient impossible de négliger cette micro convection. Le but de la thèse est donc de caractériser la dynamique d'écoulement de la convection de Marangoni autour d'une bulle. La première partie présente la résultats 2D obtenus autour d'une bulle d'air en présence d'un gradient de température. Ce cas est plus simple à mettre en oeuvre et permet ainsi de se familiariser avec la convection de Marangoni. La seconde partie porte cette fois-ci sur l'étude bidimensionnelle de cette convection autour d'une bulle de vapeur. Les résultats ont montré que le phénomène devenait très rapidement tridimensionnel . La dernière partie présente donc une méthode de mesure optique 3D innovatrice qui permet de connaître la dynamique de l'écoulement dans les trois dimensions et les trois composantes
The Marangoni convection is a phenomenon that appears in the presence of a tension surface gradient along an interface between two immiscible fluids. It is possible to observe that appear convection around vapor bubbles in the heat exchangers with the phase change. However, the Marangoni convection has been neglected to other phenomena involved in the heat transfer. In the age of miniaturization, it becomes impossible to overlook this micro convection. The aim of this thesis si to characterize the dynamics of Marangoni convection around a bubble. The first part deals with the 2D results around an air bubble in the presence of a temperature gradient. This case is easier to implement and allows having a better knowledge with the Marangoni convection. The second part focuses on the two-dimensional study of the convection around a vapor bubble The results showed that the phenomenon quickly became three-dimensional. The last section therefore presents a method for measuring optical innovative 3D3C

Un écoulement axisymétrique à une interface eau-air s’avère instable azimutalement. Durant cette thèse,nous avons mené deux expériences afin d’étudier ce point : (1) une petite fontaine subaquatique propulse un jet contre l’interface eau-air créant ainsi en surface un écoulement centrifuge radial; (2) une microbille chauffée par laser, en mouillage partiel à la surface de l’eau, engendre un écoulement thermocapillaire divergent. Lorsque la vitesse du jet ou la puissance du laser est suffisamment forte, il se produit une brisure de symétrie de l’écoulement torique initial en paires de vortex contrarotatifs entourant la source.Nous précisons les caractères morphologiques du tore ainsi que du dipôle par le biais d’expériences de tomographie laser et d’injection de colorant. Dans l’expérience du jet d’eau, nous montrons que la taille du tore est essentiellement déterminée par la distance séparant l’injecteur de la surface. Dans les deux expériences, un état "bloqué" de l’interface en régime toroïdal mais "débloqué" en régime dipolaire est mis en évidence par suivi de traceurs. Ce type de phénomène est piloté par l’élasticité de surface. Une preuve convaincante est la réponse élastique, à l’extinction du laser, de la couche de surfactants adsorbés à l’interface. Le principal intérêt de ce travail est de mettre en avant le rôle – clé que joue l’élasticité interfaciale dans le scénario de l’instabilité. D’un point de vue théorique, nous étudions la convection thermocapillaire induite par une source fixe ponctuelle à l’interface eau-air. Nous résolvons l’équation de Stokes incompressible au sein du demi – espace contenant le liquide et déterminons la solution exacte du problème advectif, non-linéaire, dans le régime axisymétrique en limite de champ lointain. Enfin, nous posons les bases sur lesquelles élaborer une théorie de l’instabilité. Ce travail de thèse devrait permettre de comprendre comment une petite sphère chaude à la surface de l’eau déclenche le type d’instabilité étudié ici, devenant de ce fait une "particule active" capable de s’autopropulser à grande vitesse
Axisymmetric flows on a water-air interface prove to be azimuthally unstable. In this thesis work, we design two setups to explore this fact : (1) a small subaquatic fountain propelling a jet against the water-air interface where it creates a centrifugal radial flow, (2) a laser – heated microbead in partial wetting at the surface of water that induces a divergent thermocapillary flow. At sufficiently high jet speeds or laser powers appears a symmetry – breaking of the toroidal base flow in the form of counter – rotating vortex pairs surrounding the source. Morphological traits of the torus and the dipole are uncovered through a wealth of laser tomography and dye injection experiments. In the water jet experiment, we show that the torus size is primarily fixed by the distance between the injector and the surface. In both experiments,the tracking of tracer particles evidences a ‘locked’ interface in the toroidal regime, whereas it ‘unlocks’ when a dipole sets in. Such a phenomenon is conditioned by surface elasticity. Cogent evidence is brought by the elastic response to laser shutdown of a surfactant layer adsorbed at the water surface. Unveiling the key role of surface elasticity in the scenario of the instability is the main achievement of this work.On a theoretical level, we focus on thermocapillary convection induced by a fixed point source of heat sitting across the water-air interface. We solve the incompressible Stokes equation within the water – filled half – space and derive an exact solution to the advective nonlinear regime in the far – field axisymmetric limit. We then lay the groundwork on which to build a model of the instability. This thesis work paves the way for understanding how a hot microsphere found on the water surface triggers such an instability, thereby becoming an ‘active particle’ able to achieve self – propulsion at large speeds

L'injection de mousse en milieu poreux est une technique très prometteuse pour de nombreuses applications comme le stockage de dioxyde de carbone, la dépollution des sols ou la récupération assistée du pétrole. L'écoulement de cette mousse en milieu confiné met en jeu différents processus de formation ou de destruction des bulles qui la composent. La compréhension des mécanismes physiques de ces processus est nécessaire à l’amélioration du procédé, notamment au travers de l'optimisation de la formulation de la phase liquide.Notre approche consiste à découpler ces différents phénomènes, grâce à des dispositifs modèles d’écoulement à deux dimensions, à l’échelle de la micro- ou milli-fluidique. Leur transparence nous permet de visualiser la structure de la mousse en écoulement et de faire le lien avec ses propriétés macroscopiques. Différents tensioactifs et additifs sont systématiquement testés afin d’étudier la capacité de nos dispositifs à les discriminer, et les résultats obtenus sont systématiquement comparés aux résultats obtenus en milieu poreux.Notre première expérience, qui étudie la formation de bulles lors du passage du co-écoulement gaz/liquide dans un pore microfluidique, met en évidence un phénomène d’hystérèse de formation expliqué par un processus de rétroaction hydrodynamique amorcé par l'écoulement en aval. Nous mettons également en évidence grâce à des simulations numériques l'existence d'une limite à la qualité de la mousse pouvant être formée, liée uniquement à la géométrie du pore. Différents tensioactifs sont étudiés, et ces résultats sont comparés à des mesures à la fois en volume et en milieu poreux à trois dimensions.Notre seconde expérience étudie l’influence de l’ajout d’un additif sur cette formation, notamment au travers des effets Marangoni que celui-ci génère. Un modèle théorique simple est développé pour prendre en compte ces effets.Nous décrivons enfin un montage de millifluidique permettant d’observer et d’étudier la destruction de mousse par coalescence de bulles. Nous montrons que les résultats diffèrent drastiquement en fonction des tensioactifs et additifs utilisés
Foam injection into porous media is a highly promising technique for a wide range of applications, including carbon dioxide storage, soil remediation, and enhanced oil recovery. The flow of this foam in a confined environment brings into play different processes of formation or destruction of the bubbles of which it is composed. Understanding the physical mechanisms of these processes is essential to improve this technique, in particular by optimizing the formulation of the liquid phase.Our approach is to decouple these different phenomena, using two-dimensional flow model devices, at the micro- or milli-fluidic scale. Their transparency allows us to visualize the structure of the flowing foam and to relate it to its macroscopic properties. Various surfactants and additives are systematically tested to investigate the ability of our devices to screen them, and the results obtained are systematically compared with those obtained in porous media.Our first experiment, which studies the formation of bubbles during the passage of a gas/liquid co-flow in a microfluidic pore, highlights a formation hysteresis phenomenon explained by a hydrodynamic feedback process initiated by the downstream flow. Using numerical simulations, we also demonstrate the existence of a limit to the quality of foam that can be formed, linked solely to the pore geometry. Different surfactants are investigated, and these results are compared with measurements both in volume and in three-dimensional porous media.Our second experiment studies the influence of an additive on this formation, in particular through the Marangoni effects it generates. A simple theoretical model is developed to account for these effects.Finally, we describe a millifluidic setup for observing and studying foam destruction by bubble coalescence. We show that the results vary drastically depending on the surfactants and additives used