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Ecoulements viscoélastiques

publié le

Fontaine viscoélastique sur un siphon sans tube

Collaboration : Salima Rafaï

La forte viscosité élongationnelle des solutions viscoélastiques de polymères permettent d’aspirer un fluide vers le haut depuis un récipient, à partir d’un orifice situé au dessus de la surface du fluide, et ce sans connexion entre l’embout d’aspiration et le bain autre que la colonne liquide ascendante. Ce phénomène est connu sous le nom de siphon sans tube écoulement de Fano. La résistance à l’élongation est suffisante pour contrebalancer la gravité sur des distances beaucoup plus grandes que la longueur capillaire.

Quand la vitesse d’aspiration augmente, les contraintes de cisaillement conduisent à l’entraînement de plus de liquide qu’il n’est est effectivement aspiré par l’orifice. Ceci conduit à l’accumulation d’un excès de fluide et à la croissance d’une zone de recirculation qui retombe périodiquement dans le bain. A des vitesses d’aspiration encore plus élevées, la recirculation s’étend sur toute la hauteur de la colonne, formant une fontaine viscoélastique stationnaire, dans laquelle le fluide monte au centre et redescend partiellement à l’extérieur. Les transitions entre les différents régimes révèlent une interaction subtile entre les effets des viscosités de cisaillement et d’élongation dans les écoulements viscoélastiques.

Instabilités de digitation dans un gel en croissance

Collaboration : Andrew Belmonte (Penn State University), Michael Sostarecz (Monmouth College), Sylvain Zorman (Yale)

Des motifs de digitation se produisent en cellule de Hele-Shaw lorsqu’un gel se forme à l’interface entre des solutions de surfactant (CTAB) et un sel organique (acide salicylique), deux solutions connues pour former un gel viscoélastique de micelles tubulaires géantes en mélange homogène. Une variété d’instabilités de digitation est observée, en fonction de la vitesse du front (vitesse d’injection) et de quel fluide est injecté dans l’autre. Nous avons également mis en évidence un régime de doigts non confinés, stationnaires ou ondulants, pour lesquels la sélection de la largeur du doigt semble se produire en l’absence de murs de confinement contrairement au cas de l’expérience classique de Saffman-Taylor. Qualitativement, certaines observations partagent des mécanismes communs avec les instabilités de coulées de lave en refroidissement ou la croissance de biofilms.

Related publication : Fingering instabilities of a reactive micellar interface. T. Podgorski, M. Sostarecz, S. Zorman and A. Belmonte, Phys. Rev. E 76, 016202 (2007)
Abstract