Recherche

Instabilité élastique dans un canal serpentin

Je travaille actuellement avec Anke Lindner (PMMH, ESPCI) et Sandra Lerouge (MSC, université Paris-Diderot) sur l’instabilité développée par l’écoulement de fluides visco-élastiques dans un canal micro-fluidique en forme de serpentin. Au-delà d’un débit critique, l’écoulement stationnaire laminaire devient turbulent sous l’effet des contraintes normales développées dans le fluide et de la vorticité introduite par la géométrie de l’écoulement. Je m’intéresse en particulier à l’influence des conditions aux limites sur le déclenchement de l’instabilité.

 


 

Digitation visqueuse dans un canal élasto-rigide

air finger in elasto-rigid channel

L’instabilité de digitation visqueuse se produit lors de l’injection d’un fluide dans un domaine occupé par un fluide plus visqueux : l’interface se déstabilise et on observe la formation de figures ramifiées dans un écoulement radial, ou d’un « doigt » du fluide injecté pour un écoulement unidirectionnel. Une fraction du fluide visqueux reste piégée après le passage de l’interface, ce qui a d’importantes conséquences pratiques (pour la récupération du pétrole, par exemple). Je me suis intéressée dans ce projet mené avec Anne Juel, Andrew Hazel et Alice Thompson (Manchester Centre for Nonlinear Dynamics) à la modification de ce problème induite par la présence d’une paroi élastique.
En injectant de l’air dans un canal de Hele-Shaw déformable rempli d’huile, on observe la formation d’un doigt d’air dont la forme et la pression dépendent de la vitesse d’injection et du chargement imposé à la paroi élastique avant le début de l’écoulement. En particulier, lorsque la pression dans le canal est initialement plus faible que la pression extérieure, la paroi élastique est séparée du fond du canal par une mince couche d’huile qui est uniformément pelée par l’interface air/huile. Cette interface plane et normale à la direction de propagation peut être affectée par le développement d’ondulations, selon un motif qui rappelle l’instabilité dite de l’imprimeur (ondulations transverses d’un ménisque entraîné entre deux rouleaux). Ce motif est entièrement déterminé par la géométrie de réouverture du canal niveau de l’interface.

  • Ducloué, L., Hazel, A. L., Thompson, A. B., & Juel, A. Reopening modes of a collapsed elasto-rigid channel. en cours de révision – arXiv preprint arXiv:1605.06282. (link)
  • Ducloué, L., Hazel, A. L., & Juel, A. Fingering and dendritic growth in a compliant channel. en préparation

 


 

Rhéologie des fluides à seuil moussés

these_suspthese_foam

Ce projet a été mené en collaboration avec Saint-Gobain Recherche (Aubervilliers, France) dans le cadre d’un effort de recherche industriel pour élaborer des matériaux de construction durables. Le développement de matériaux moussés à partir de matériaux traditionnels comme le plâtre ou le béton permet ainsi de réduire les quantités de matières premières polluantes mises en jeu, ainsi que d’obtenir de bons isolants thermiques.
Je me suis intéressée au cours de ma thèse (au laboratoire Navier) avec Guillaume Ovarlez, Olivier Pitois (page en construction ?) et Julie Goyon à la mise en œuvre de ces matériaux aérés. A l’état frais, le matériau traditionnel se comporte comme un fluide complexe qui possède une contrainte seuil d’écoulement. En travaillant sur des fluides à seuil aérés modèles (suspensions de bulles monodisperses dans une émuslion concentrée également monodisperse), nous avons montré que la rhéologie du matériau moussé est dictée par le couplage entre rhéologie du fluide à seuil et capillarité à la surface des bulles. Ce comportement peut être prédit quantitativement par une estimation micro-mécanique (proposée par Xavier Chateau). Pour les grandes fractions volumiques de gaz, on obtient une mousse dont la phase continue est faite du fluide à seuil. Ce régime reste largement inexploré, et les premières observations expérimentales montrent que le confinement des gouttelettes de l’émulsion dans le réseau de la mousse joue un rôle important.

  • Kogan, M., Ducloué, L., Goyon, J., Chateau, X., Pitois, O., & Ovarlez, G. (2013). Mixtures of foam and paste: suspensions of bubbles in yield stress fluids. Rheologica Acta, 52(3), 237-253 (link to journal)
  • Ducloué, L., Pitois, O., Goyon, J., Chateau, X., & Ovarlez, G. (2014). Coupling of elasticity to capillarity in soft aerated materials. Soft Matter, 10, 5093-5098 (link to journal)
  • Ducloué, L., Pitois, O., Goyon, J., Chateau, X., & Ovarlez, G. (2015). Rheological behaviour of suspensions of bubbles in yield stress fluids. Journal of non-Newtonian Fluid Mechanics, 215, 31-39 (link to journal)
  • Ducloué, L., Pitois, O., Tocquer, L., Goyon, J., & Ovarlez, G. (2017). Yielding and flow of foamed metakaolin pastes. Colloids and Surfaces A, 513, 87-94 (link to journal)

 


 

Cisaillement d’un milieu granulaire bidimensionnel

réseau de forces dans une assemblée de disques photo-élastiques sous cisaillement

La gouge est une roche granuleuse formée par friction dans les failles géologiques. Son comportement lors d’un mouvement de la faille (séisme) est mal connu. J’ai travaillé à l’occasion d’un stage de master avec Nick Hayman (Institute for Geophysics, University of Texas at Austin, USA) et Karen Daniels (North Carolina State University, USA) sur la réponse mécanique d’un système modélisant la gouge soumise à une contrainte de cisaillement exercée par la faille. La modélisation de la gouge par une couche de grains photo-élastiques a permis de relier la réponse macroscopique du système (déplacement global et chargement de la cellule de cisaillement) au comportement local des grains (mouvements individuels des grains et évolution de l’intensité du réseau de contacts).

  • Hayman, N. W., Ducloué, L., Foco, K. L., & Daniels, K. E. (2011). Granular controls on periodicity of stick-slip events: kinematics and force-chains in an experimental fault. Pure and applied geophysics, 168(12), 2239-2257. (link to journal)