Gélification de gouttes non-newtoniennes impactant des surfaces liquides : expériences, simulations numériques et modélisation assistée par l'IA – GENNIAL

La gélification d’une goutte non-newtonienne impactant un liquide newtonien chimiquement réactif représente un problème majeur en Rhéologie de la Matière Molle. On le rencontre dans une grande variété de procédés industriels, dont l’encapsulation et la fabrication de billes de céramique.

Typiquement, une goutte d’un gel polymère faible impacte la surface d’un liquide chimiquement réactif, créant un cratère d’air. Ce cratère se referme, tandis que la goutte pénètre dans le liquide contenant un agent gélifiant. Ce dernier se diffuse à l’intérieur de la goutte par différence de concentration, donnant initialement naissance à une membrane élastique à l’interface goutte/liquide. Avec le temps, l’agent gélifiant finit par rendre la goutte intégralement solide (gel fort). Ainsi, tout au long de l’impact/pénétration, la goutte subit non-seulement des déformations mécaniques, mais aussi de la solidification, aboutissant à des formes finales variées : poire, chapeau mexicain, bols, capsule etc.

Notre projet sera divisé en deux étapes. Dans un premier temps, nous mettrons en évidence les mécanismes physiques pilotant les déformations mécaniques subies par une goutte élasto-viscoplastique durant sa pénétration dans un liquide induisant de la gélification. Pour consolider cet objectif, nous réaliserons des expériences et des simulations numériques permettant de développer une nouvelle loi de comportement rhéologique couplant l'élasto-viscoplasticité à la gélification. Deuxièmement, l’hydrodynamique et la physico-chimie décryptées seront injectées dans des algorithmes d’apprentissage (intelligence artificielle) permettant d’identifier les conditions d’impact idéales (vitesse d’impact, concentration d’agent gélifiant dans le liquide, concentration de polymère dans la goutte, propriété rhéologique initiale de la goutte etc.) menant à des formes finales de gouttes spécifiques.