Thèse de Aymeric Roux
“Bulles et antibulles armurées et pression de radiation auto-induite”

Soutenance le vendredi 1er Juillet à 13h45
Amphitheater of the IEMN - Central Laboratory - Villeneuve d'Ascq

Jury :

Michaël Baudoin, Professeur, IEMN / Université de Lille, Directeur de thèse
Alexis Duchesne, Encadrant, Maître de Conférence, IEMN / Université de Lille, Encadrant

Emmanuelle Rio, Professeur LPS, Orsay, Université de Paris Saclay, Rapporteur
Philippe Marmottant, Directeur de recherche CNRS, LIP Grenoble, Rapporteur
Isabelle Cantat, Professeure IPR, Université de Rennes 1, Examinatrice
Stéphane Dorbolo, Maître de recherche, Université de Liège, Examinateur
Farzam Zoueshtiagh, Professeur IEMN / Université de Lille, Invité

Résumé :

Synthèse et vieillissement de bulles et antibulles stabilisées par adsorption de particules – Pression de radiation acoustique auto-induite par une bulle en translation

Les bulles de savon et les antibulles sont des objets fragiles et éphémères. Le drainage, l’évaporation, la dissolution de l’air dans le liquide ou le contact entre les films minces et des impuretés présentes dans les fluides environnants sont autant de facteurs qui entraînent rapidement leur ouverture. Dans cette thèse, nous avons montré que les bulles pouvaient être stabilisées en saturant l’interface avec des particules micrométriques et en utilisant un mélange eau/glycérol. Ces particules, en formant des ponts capillaires, suppriment le drainage tandis que le glycérol permet de compenser l’évaporation du film liquide. Les bulles « en armure » ainsi conçues présentent des temps de vie allant jusqu’à 15 mois. En immergeant une goutte couverte de particules micrométriques on peut également stabiliser des antibulles pendant plus de 80 jours. Leur vieillissement et les mécanismes d’ouverture (permettant par exemple de libérer le liquide et de faire remonter l’armure à la surface) peuvent être maîtrisés en ajustant la proportion de glycérol et le volume du film d’air qui entoure l’antibulle. Le vieillissement de ces deux objets a été rationalisé en modélisant les flux d’évaporation et d’absorption d’eau. Ces nouveaux objets offrent des perspectives pour la fabrication respectivement de capteurs d’humidité et de microtransporteurs de liquides. On propose finalement le calcul de la pression de radiation auto-induite par une bulle qui oscille radialement. Cette force s’oppose au déplacement de la bulle quand elle est en translation à petit nombre de Mach.

Abstract:

Synthesis and aging of bubbles and antibubbles stabilized by particles adsorption – Acoustic self-induced radiation pressure of a translating bubble

Soap bubbles and antibubbles are fragile and ephemeral. Multiple factors can make their opening happen, such as drainage, evaporation, air dissolution in the liquid or external perturbations. In this thesis, we show that bubbles can be stabilized by saturating its interface with micrometric particles and using a water/glycerol mixture. Sustained by capillary bridges, these particles neutralize drainage while the glycerol compensates for the liquid film evaporation. The so called armoured bubbles can live for more than 15 months. We are able to stabilize antibubbles for more than 80 days by immersing a liquid marble. Their aging and their opening mechanism can be controlled by settling the glycerol proportion and the volume of the liquid film that encompass the antibubble. It allows for instance to free the liquid and then make the armour rise up to the surface. The aging of both these objects is rationalized by modeling the water absorption and evaporation flux. These two new objects unveil innovative prospects such as humidity controllers or liquid microcarriers. Finally, we propose to compute the self-induced radiation pressure for a bubble that oscillates radially. This force is opposed to the displacement of the bubble when it is translating at a low Mach number.