Stabilité des films de savon : régénération marginale et drainage – DRAINFILM

Les mousses liquides sont des matériaux dont les propriétés mécaniques et isolantes sont largement utilisées dans l’industrie. Pourtant leur stabilité reste en grande partie une question ouverte. Or, les propriétés des mousses liquides sont étroitement liées à celles des films de savon qu’elles contiennent. Les films peuvent s’épaissir, disparaître ou apparaître lors des mouvements de la mousse. Le réarrangement du liquide à l’intérieur de ces films sous l’effet d’une contrainte extérieure telle que la gravité altère alors l’épaisseur des films, ce qui affecte leur stabilité mais aussi leur perméabilité aux gaz. Il est donc crucial de comprendre les écoulements dans les films pour expliquer la stabilité des mousses.

Or, l’apparition d’inhomogénéités d’épaisseur semble être liée à l’apparition d’écoulements complexes comme la régénération marginale qui est l’objet d’étude de ce projet. Un pincement apparaît en effet au bord des films et peut se déstabiliser, ce qui génère des portions plus fines. Le jeu de taquin entre les portions épaisses et les portions fines du film participe alors à l’amincissement du film. Ce phénomène de régénération marginale a été très peu exploré depuis le travail historique de Mysels. Le pincement a été prédit par Aradian et al mais sa dynamique n’a jamais été observée expérimentalement. Par ailleurs, le mécanisme et les conditions de déstabilisation de cette zone de faible épaisseur sont largement inexplorés. Il est pourtant certain qu’il faille décrire précisément ce phénomène pour donner une description globale des distributions d’épaisseurs dans les films et donc de leur fragilité par rapport à la rupture.

Comprendre ce phénomène de régénération marginale et son implication sur la stabilité des mousses est un problème difficile qui nécessite des compétences dans les domaines de la mécanique des fluides et des interfaces libres, la physico-chimie des surfactants et la physique non linéaire. Dans le cadre de ce projet nous réunissons trois partenaires avec des expertises complémentaires et des solutions innovantes, à la fois expérimentales et théoriques.

En particulier, l’originalité de notre projet est d’allier l’expertise développée ces dernières années dans la communauté des mousses (mesure du champ de vitesse dans les films, de leur épaisseur et de leurs tensions, contrôle de l’évaporation et de la physico-chimie) à une nouvelle expérience qui permet de contrôler la gravité en centrifugeant les films. Nous aborderons le phénomène de manière expérimentale en développant des expériences pour répondre aux questions (i) de la dynamique du pincement, (ii) de sa déstabilisation et (iii) de la contribution de la régénération marginale au drainage des films et à leur rupture. Ces tâches expérimentales seront complétées par des descriptions théoriques originales, basées sur l’extension des équations de lubrification classiques,  permettant de décrire nos résultats et de les extrapoler aux mousses.

Grâce aux développements récents, le sujet est mûr pour être enfin compris et nous pensons que les résultats de ce projet pourront mener à de nombreuses publications dans des revues à haut facteur d’impact. Par ailleurs, bien que fondamentale, la question posée a des implications évidentes en terme d’applications et nous comptons utiliser nos contacts avec des industriels pour permettre un transfert rapide des résultats. Pour cela, nous mettrons en place un atelier en fin de projet pour faire part de nos résultats aux industriels et organiser de futures collaborations. Enfin, le consortium est très impliqué dans des activités de vulgarisation et nous profiterons du caractère esthétique de la régénération marginale pour construire une exposition autour des mousses et nourrir nos activités de vulgarisation.