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Séminaire général du Département de physique

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Dynamique des mousses : deux avancées récentes
François Graner (univ. Grenoble I)

12 octobre 2006

On commencera par présenter les mousses liquides (des bulles de gaz entourées d’eau): leurs applications, leurs différents niveaux d’organisation depuis la molécule jusqu’à l’échelle quotidienne, quelques propriétés intéressantes, et les problèmes physiques qu’elles posent.
Les mousses vieillissent, car les bulles en surpression se vident de leur gaz au profit de celles qui ont une pression plus basse. Le taux de croissance d’une bulle est curieusement lié à son nombre de faces. Or c’est également le cas pour les grains dans un cristal, ou pour des systèmes diphasiques concentrés, dont la mousse est donc un modèle. Cela contraste avec le mûrissement classique étudié par Oswald, dans lequel c’est la taille d’une gouttelette qui détermine son taux de croissance. Des expériences, simulations et théories à 3D ont démontré au cours de ces derniers mois que les mousses finissent par atteindre un régime "invariant d’échelle". Autrement dit, tandis que le volume moyen des bulles croît régulièrement, la distribution des nombres de faces des bulles, et d’autres quantités sans dimension, finissent par atteindre un régime stationnaire universel.
Par ailleurs, les mousses sont un bon système modèle pour comprendre différents fluides complexes. Capable de reprendre sa forme (comportement élastique) après avoir été soumise à une petite déformation, elle peut en revanche devenir sculptable (comportement plastique) si on la soumet à une grande déformation. Enfin, aux grands taux de déformation elle s’écoule comme un liquide (comportement visqueux). Une soufflerie à mousse permet d’observer un écoulement à 2D autour d’un obstacle, pour des vitesses variant de 0,1 à 1000 mm/s. Ici aussi, c’est l’association étroite entre expérience, théorie et simulation qui a permis des progrès récents, ouvrant la voie à une équation constitutive de ce matériau complexe.

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François Graner François Graner (univ. Grenoble I)
Laboratoire de Spectrometrie Physique, universite Grenoble I