L’impact des gouttes et billes de fluides et gels complexes – Présentation de Laurence Ramos au MIT

, Share

Le Department of Civil and Environmental Engineering de MIT propose tout au long de l’année une série de séminaires sur les materiaux moux: Soft Materials Structures and Devices (SMSD) qui se déroule au MIT.
Une fois par mois l’Unité Mixte Internationale (UMI) MIT-CNRS, représentée par Rolland Pellencq et Thibaut Divoux, organise un séminaire SMSD où un chercheur français partage ses travaux auprès d’une audience constituée d’une trentaine de scientifiques du MIT.

Le séminaire SMSD de décembre, soutenu par le Service pour la Science et la Technologie de l’Ambassade de France aux Etats-Unis, accueillait Laurence Ramos, directrice de recherche à l’Université de Montpellier qui présentait ses travaux sur l’impact des gouttes et billes de fluides et gels complexes sur une surface répulsive.

L’étude de l’impact des gouttes sur une surface intéresse un grand nombre de domaines auxquels elle peut s’appliquer : l’agriculture, les sciences médico-légales et différents secteurs industriels… Ces travaux sont aujourd’hui possibles grâce aux avancées technologiques récentes telles que l’enregistrement d’images haute fréquence qui permettent de distinguer les évolutions du comportement de gouttes et billes sur de très courtes durées (inférieures à la seconde). Ces expérimentations récentes permettent de confronter la théorie aux observations, tout en apportant des réponses précises.

Les gouttes et billes d’environ 3mm de diamètre sont lâchées à la verticale au-dessus d’une surface solide horizontale couverte d’azote liquide. L’impact contre la surface crée alors une couche de vapeur d’azote isolante, entre la solution et la surface, permettant de limiter les pertes d’énergie. Cette énergie est ainsi conservée au moment de l’impact, pour être notamment convertie en énergie élastique, lors de la déformation de la bille ou la goutte qui s’aplanit et s’étend en diamètre. Cette énergie élastique, lorsque l’extension atteint son diamètre maximum, est pratiquement égale à l’énergie cinétique au moment de l’impact. La goutte ou bille se contracte ensuite et rebondit à la surface.

La recherche menée par l’équipe de Montpellier compare le comportement de différents fluides et gels complexes : solides mous, gouttes liquides et gouttes viscoélastiques. Le temps nécessaire pour arriver à la déformation maximale (goutte/bille atteignant son diamètre maximum) dépend de la vitesse de chute et de l’élasticité de la goutte ou bille en question (l’élasticité peut être surfacique et volumique, l’une des deux pouvant être négligée pour un solide selon rapport entre la longueur élastocapillaire lec et la taille du solide en question).

Les expérimentations menées montrent que, lorsque les frottements sont négligeables, la déformation des billes ultra-molles et des gouttes liquides et viscoélastiques ont un comportement similaire, comparable à un mouvement harmonique dépendant de la déformation élastique (surfacique et volumique), de la dissipation visqueuse et de la tension superficielle de la bille ou goutte en question.

Compléments :
Les chercheurs du laboratoire Charles Coulomb à Montpellier également impliqués sur le projet sont Srishti Arora, Jean-Marc Fromental, Serge Mora, Ty Phou et Christian Ligoure.