Particules confinées dans un film liquide mince – ProLiFiC

Les suspensions de particules non-browniennes dans un liquide sont présentes dans de nombreuses applications géophysiques, industrielles ou biologiques. Les études dédiées aux suspensions ont principalement caractérisé le transport et la dynamique de particules dans un écoulement en volume par le biais, notamment, de leur rhéologie. Cependant, dans certaines situations impliquant des films liquides, l’épaisseur du fluide devient comparable a` la taille d’une particule, ce qui conduit à des situations complexes et peu comprises. Ces conditions se rencontrent, par exemple, dans le cas d'un film liquide mince qui se forme spontanément durant le transport d'un bouchon de liquide dans un tube, ou lors de la formation de rideau liquide pour enduire des surfaces. Dans ces situations, les particules déforment l'interface air-liquide, ce qui donne lieu a` des interactions complexes modifiant le transport des particules ainsi que la dynamique et la stabilité des films liquides. En effet, le déplacement d'une particule non-brownienne confinée est contrôlé par la force capillaire, la force de trainée et l'interaction avec la surface (friction ou DLVO), ce qui peut conduire a` la capture de la particule sur le substrat ou à la déstabilisation du film liquide. Dans les conditions typiques d'écoulement de films minces, des particules non-browniennes peuvent être déposées sur le substrat, ce qui entraîne la contamination de la surface et une perte du matériau transporté. Du fait des conséquences importantes des processus de contamination, il est crucial de pouvoir décrire les mécanismes responsables de la capture de particules sur le substrat et de leur nettoyage en présence de films liquides minces. En particulier, la description du couplage entre les particules, le fluide en écoulement et l'interface rend les approches analytiques et numériques particulièrement complexe. La compréhension de ces systèmes fondamentaux reposera donc dans un premier temps sur des études expérimentales.

Le but de ce projet novateur est donc de caractériser l'influence des particules sur les films liquides minces en écoulement dans des configurations modèles afin d'extraire les éléments physiques qui régissent leur dynamique. Ce projet s'inscrit dans la thématique des films minces de liquides newtoniens en l'absence de particules ainsi que sur des études récentes de fragmentation de jets de suspensions. Les résultats expérimentaux obtenus nous permettrons de caractériser systématiquement la dynamique de particules confinées dans des films liquides et de développer des modèles physiques pertinents pour décrire ces situations. En particulier, nous considérerons (1) le dépôt et (2) le nettoyage de particules non-browniennes sur un substrat solide ainsi que (3) la fragmentation d'un film liquide de suspension. En résumé, l'objectif de ce projet ambitieux est d'étudier l'influence des particules sur l'écoulement de films liquides afin d'identifier les mécanismes qui contrôlent le dépôt de particules, leur resuspension ainsi que la stabilité d'interfaces liquides, grâce à des expériences contrôlées, ce qui conduira à une compréhension physique plus fine de ces phénomènes.